我們給花抹了防曬,結果它被蜜蜂甩了!
2020年07月07日11:35

  來源:科學大院

  寶石紅、番茄紅、草莓紅、復古紅、Apple紅、珊瑚紅、西柚色、櫻桃色、豆沙色、水紅色、姨媽色……想想自己剁過的手,不禁感歎:這口紅的色調太豐富了!用以區分的“色號”根本數(買)不清(完)。

  你知道自然界的紅也有很多“色號”嘛?

  近日,中國科學院昆明植物研究所的科研人員通過定量的色彩研究發現,自然界紅色花朵的“色號”可能比口紅更多樣,有些差異甚至是人眼無法分辨的。

豐富的口紅色調 。圖片來源:www.pexels.com
豐富的口紅色調 。圖片來源:www.pexels.com

  這些花兒為什麼這樣紅?

  花色在植物傳粉、繁殖的過程中扮演了重要的角色。有意義的常常不是色彩本身,而是它與背景的反差,即它是否醒目。不過醒目的色彩雖然有利於吸引“朋友”——合適的傳粉者,卻也不可避免地會招來“敵人”——低效訪問者及取食者。如果有一種色彩,既能夠有效地將信息傳遞給“朋友”,又同時能夠躲過“敵人”的截獲,那就最好不過了。

  人們很早就注意到,鳥媒花(由鳥類傳粉的花)多為紅色,而紅色的花也多為鳥媒花。這是為什麼?

  目前,主要有兩種假說解釋紅色在鳥媒花中的作用:吸引鳥類和迴避蜂類。“吸引假說”認為紅色在鳥類看來更加醒目,因此鳥媒花呈現紅色是為了更好地吸引傳粉者;“迴避假說”則認為紅色是為了迴避蜂類,因為對鳥媒花而言,蜂類的傳粉效率低,甚至可能無效,其盜蜜、盜粉行為會降低植物的適合度,影響繁殖成效。雖然這兩種假說本身並不矛盾,但對於何者更為重要尚存爭論。

  從視覺上看,上面兩種假說都合理。鳥類為四色色覺,視網膜中有四類光受體,即紫外或藍紫光、藍光、綠光和紅光受體。由於具備紅光受體,它們能輕鬆找到紅色目標。而蜂類為三色色覺,即紫外、藍、綠,缺乏對紅光敏感的受體,因此處理紅色信號的能力較差。特別是在自然環境中,蜂類要從綠葉背景中找出紅色目標很睏難。

幾種開紅花的植物(A)馬纓花(鳥類傳粉);(B)鬱金香(甲蟲傳粉);(C)密花滇紫草(蜂類傳粉)
幾種開紅花的植物(A)馬纓花(鳥類傳粉);(B)鬱金香(甲蟲傳粉);(C)密花滇紫草(蜂類傳粉)

  紅花的紅,單純嗎?

  那麼,紅花就不能通過蜜蜂傳粉(蜂媒花)嗎?並不是!自然界中蜂媒的紅花非常少見,但也確實存在,而且有獨特的色彩特性。

  人類眼中的紅色花實際上包含豐富的色調,其中一些無法用肉眼區分。這些紅花至少可以分為兩類,一類是“純紅色”,其反射僅出現在長波段(紅光區域);另一類可稱為“非純紅色”,除長波反射外,還在短波段(300~500 nm的紫外及藍色區域)另有一個較弱的反射峰(稱之為副反射峰,下文稱“副峰”)。

不同色調的紅
不同色調的紅

  由於人類缺乏紫外光受體,後者在研究人員看來可能與前者無異,但這些短波反射可能會刺激蜂類的紫外光/藍光受體,幫助它們找到這些“紅色”目標。實際上,在蜂和鳥等對紫外敏感的動物眼中,這類色彩其實已經不是“紅色”了。

  研究者推測,為了便於讓蜂類傳粉者定位,這些蜂媒紅花(與鳥媒紅花相比)的副峰會更顯著;而鳥媒紅花則不一定具有此類特徵。也就是說,蜂媒和鳥媒紅花的色調可能存在差異。

(A)熊峰光受體敏感曲線;(B)蜂鳥光受體敏感曲線;(C)有、無反射副峰的代表植物:紅花西番蓮(無副峰)、密花滇紫草(有副峰)(圖片來源:參考文獻1、2、3)
(A)熊峰光受體敏感曲線;(B)蜂鳥光受體敏感曲線;(C)有、無反射副峰的代表植物:紅花西番蓮(無副峰)、密花滇紫草(有副峰)(圖片來源:參考文獻1、2、3)

  研究者還推測,同樣是鳥媒的紅花,新、舊世界的色調也可能不同(新世界指美洲,舊世界指亞洲、非洲及歐洲)。該推測的邏輯在於,傳粉鳥類本身及其色覺特性在大陸間存在差異。舊世界的傳粉鳥類以太陽鳥(Nectariniidae)為主,而新世界的傳粉鳥類以蜂鳥(Trochiliae)為主,而太陽鳥比蜂鳥對紫外光更敏感。

  一箭雙鵰的紅色

  近年來,科研人員在野外、植物園及數據庫中收集了130餘種來自全球各地的紅色花,測量了它們的反射光譜(色彩),確定了其傳粉系統,並評估傳粉者(蜂類及鳥類)的對花色的感知情況。得到如下結論:

  紅色鳥媒花的效果確認

  在各種顏色的花中,紅花在鳥類看來,與綠葉背景反差極大,尤為醒目,甚至是各種花色中最醒目的;相反,在蜂類看來,紅花和綠葉背景的反差很小,最不醒目,需要耗費更多精力和時間才能找到目標。也就是說,紅色的鳥媒花的確實現了既吸引鳥類,又迴避蜂類的效果,可謂“一箭雙鵰”。

各種色彩的花在熊蜂和3種類型鳥類(紫外光敏感型、藍紫光敏感型及蜂鳥)的色覺模型中的醒目程度(chromatic contrast)
各種色彩的花在熊蜂和3種類型鳥類(紫外光敏感型、藍紫光敏感型及蜂鳥)的色覺模型中的醒目程度(chromatic contrast)

  蜂媒和鳥媒紅花的色調不同

  自然界中的蜂媒紅花很稀少,研究人員使盡洪荒之力,也僅收集到10種,但它們都存在較強的副峰;而鳥媒紅花中的平均副反射峰則較弱。再看看隔壁的甲蟲和蝶媒紅花的情況,研究者推測,對於紅色花而言,如果傳粉者沒有紅色受體(例如蜂類),則傾向於具有較強的副峰;而如果傳粉者本身有紅色受體(如鳥類和某些甲蟲),則傾向於具有較弱的副峰或無副峰。

同樣的花,在人類和蜜蜂眼中是不同的顏色(上:人眼中的效果;下:蜜蜂眼中的效果 假彩色模擬)
同樣的花,在人類和蜜蜂眼中是不同的顏色(上:人眼中的效果;下:蜜蜂眼中的效果 假彩色模擬)

  副峰的魔力在於,它能顯著增強紅花在蜂類眼中的醒目程度;而對於鳥類來說則相反,它會顯著降低紅花在鳥類眼中的醒目程度,即沒有副峰的紅色花在鳥類看來反而更加醒目。也就是說,如果鳥媒紅色花在進化過程中搞丟了反射副峰,那太好了,它將同時提升在吸引鳥類和迴避蜂方面的效果,是一種更為特化的鳥媒花色。

  鳥媒紅花在新、舊世界間的色調不同

  舊世界紅花出現副峰的比例比新世界更高。然而,對於舊世界鳥媒紅花而言,這樣的格局卻不是適應的結果。由於副反射峰的存在,即使在舊世界的鳥類看來,它們也不如新世界的紅花醒目,也更不易達成迴避蜂的效果。

  也就是說,在新世界占主導的“純紅色”鳥媒花在色彩上更加特化,更適應鳥媒。研究者還發現,對鳥媒紅花而言,它們很可能向著削弱副峰的方向進化,即更為特化。這個精細的色調進化轉變在迴避蜂方面的作用效果明顯大於吸引鳥。

  比如下面這兩朵花,在鳥的眼中右邊那朵更醒目,而蜜蜂更容易發現左邊的:

兩個紅花山茶品種的紫外和可見光對比
兩個紅花山茶品種的紫外和可見光對比

  我們給花抹了防曬 結果它被熊蜂甩了!

  上文已提到,根據色覺分析,紅花中副峰的存在能夠增加其在蜂類眼中的辨識度,但這一結論需要實驗證據支援。研究者發現滇西北地區分佈的密花滇紫草(Onosma confertum)由熊蜂傳粉,是一類少見的蜂媒紅花。光譜測量表明,這種紅色在紫外區有明顯的副反射峰。為了檢驗該副峰是否增加了此類紅花對蜂類的吸引力,研究者設計了表型操控實驗。

  實驗需要消除紅花的副反射峰,但又不能改變其可見光部分的反射曲線,為此,研究者給一組花朵塗上了特別調配的防曬霜(配方可在論文中尋找,親測有效)。這組花朵的紫外反射被基本去除,也就是紫外光被吸收了,僅保留紅光波段反射(UV-)。為保證質地和氣味一致,對照組僅塗抹防曬霜的基質(蘆薈油,無防曬效果),保留了紫外和紅光反射(UV+)。野外觀察表明,熊蜂明顯偏愛訪問保留了紫外反射的這組紅花。

(a)由熊蜂傳粉的滇紫草的反射光譜:自然狀態(natural,具有紫外反射副峰)、僅塗抹防曬霜基質(UV+)及塗抹防曬霜基質和防曬物質(UV-);(b)各類處理在熊蜂色彩空間模型中的狀態(中心的大圓圈代表在熊蜂看來目標色彩和背景相似);(c1)有經驗的熊蜂和(c2)無經驗的熊蜂對有、無紫外反射的目標的選擇。(圖片來源:參考文獻4)
(a)由熊蜂傳粉的滇紫草的反射光譜:自然狀態(natural,具有紫外反射副峰)、僅塗抹防曬霜基質(UV+)及塗抹防曬霜基質和防曬物質(UV-);(b)各類處理在熊蜂色彩空間模型中的狀態(中心的大圓圈代表在熊蜂看來目標色彩和背景相似);(c1)有經驗的熊蜂和(c2)無經驗的熊蜂對有、無紫外反射的目標的選擇。(圖片來源:參考文獻4)

  不過,由於自然環境中的熊蜂已經具備經驗,這種偏愛也可能是由於它們已經習慣了訪問這類花朵,而非這類色彩本身具有某種天然優勢。為排除先前經驗的影響,研究者獲取了從未出巢的熊蜂(商用熊蜂)在植物園繼續開展行為實驗。結果表明,這些初出茅廬的熊蜂也強烈偏好帶有紫外反射的紅色目標。這一結果不難理解,在蜂類眼中,紅色花的副峰能夠有效增加其與綠葉背景彩調反差,更有吸引力。

關注我們Facebook專頁