Mountain colonization precedes shifts away from bee pollination in Melastomataceae

IF 8.3 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES

New Phytologist Pub Date : 2025-06-08 DOI:10.1111/nph.70273

Constantin Kopper, Jürg Schönenberger, Agnes S. Dellinger

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山的定植先于蜜蜂授粉的转移

植物和动物传粉者之间的相互作用越来越被认为对生物多样性的进化和维持很重要（Schemske et al., 2009）。这种相互作用在全球分布不均匀，在低纬度地区通常发现更多样化的相互作用系统（Sinnott-Armstrong et al., 2021）。考虑到传粉，例如，热带地区的传粉者比温带地区有更多的功能群体(Endress, 1996；Ollerton, 2017)。同样，不同传粉者群体的重要性和有效性在海拔梯度上也会发生变化(Cruden, 1972；Warren et al., 1988；Primack,Inouye, 1993;Dellinger et al., 2021)。在全球范围内，低海拔地区丰富多样的昆虫传粉媒介组合被缩小为高海拔地区以苍蝇为主的传粉媒介组合(Arroyo et al., 1982；Warren et al., 1988；Primack,Inouye, 1993;Lefebvre等人，2018；Adedoja et al., 2020；麦凯布,科布,2021)。在新热带地区，传粉媒介组合的这些海拔变化已被证明导致山地云雾林中脊椎动物（特别是蜂鸟）授粉占主导地位（Dellinger et al., 2023）。这些纬度和海拔格局表明，非生物气候环境在植物-传粉者相互作用的演化和分布中起着关键作用，但目前对植物谱系内传粉策略的大规模生态地理评估还很缺乏。不同传粉媒介群体的非生物环境耐受性差异(Ollerton, 2017；Lefebvre等人，2018)可能会影响它们的授粉效率，并被认为是传粉媒介进化转移的主要驱动因素(Cruden, 1972；Arroyo et al., 1982；Krömer等，2006；Dellinger et al., 2021)。例如，大多数蜜蜂等恒温昆虫传粉者的访花活动取决于温暖的环境温度和干燥的条件(Cruden, 1972；布里托,Sazima, 2012;McCallum et al., 2013；Classen等，2015,2020；Cozien et al., 2019)。相比之下，不仅许多吸热脊椎动物传粉者（如鸟类和蝙蝠），而且苍蝇和大黄蜂也可能在山区生态系统中常见的凉爽潮湿的环境条件下觅食(Bruggemann, 1958；McCallum et al., 2013；Sun et al., 2014；Woodard, 2017;Oyen,狄龙,2018;劳森,兰德,2019)。因此，虽然恒温昆虫在温暖和干燥的环境中可能是高效的传粉者，但在凉爽和潮湿的条件下，与脊椎动物、苍蝇和大黄蜂相比，它们的相对传粉效率可能会降低（即通过减少访问率）(Cruden, 1972；Dellinger et al., 2021)。理论上，这种由环境引起的传粉效率的降低可能会导致以前成功的祖先传粉系统的不稳定，并允许在给定环境中更有效的新传粉者的转移(汤姆森&amp；威尔逊,2008)。例如，在热带地区，我们可以预期蜜蜂和脊椎动物授粉在定居于山区的谱系之间的持续变化，蜜蜂授粉的物种在较低的海拔，脊椎动物授粉的物种在较高的海拔(云雾林；Cruden, 1972, Dellinger et al., 2021)。尽管传粉系统的生态地理模式表明非生物环境与传粉媒介的进化变化之间存在相互作用(Arroyo et al., 1982；Lefebvre等人，2018；麦凯布,科布,2021;Dellinger et al., 2023)，它们相互联系的本质很少在宏观进化上被探索(但参见Hamilton &；Wessinger, 2022; Dellinger et al., 2024)。结合传粉系统和非生物环境的信息，以及植物枝的分子系统发育图谱，使我们能够追踪进化事件的序列（即传粉者的转移和环境的转移），从而确定它们的相对时间和相互作用的潜力。具体来说，我们可以设想环境和传粉媒介转移之间联系的三种情况（图1）。首先，如果环境导致的祖先传粉媒介效率的降低确实是进化传粉媒介转移的一个共同主题，我们可以预期，在传粉媒介转移之前，向新环境（对祖先传粉媒介不利的条件）的转移（图1a）。在这种情况下，植物物种将首先殖民新的环境（如山脉），在那里，祖先传粉媒介（如蜜蜂）的授粉效率降低可能导致转向新的，更有效的传粉媒介（如鸟类）。对这种情况的支持来自于北美的盆草属，在那里，蜜蜂和蜂鸟授粉的姐妹对出现在明显不同的栖息地，与更远的蜜蜂授粉物种相比，这表明向新环境的转变先于传粉者的转变(Hamilton &amp；泰乐,2022)。

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.