信号 - 上海母屋機械グループ

Nature Communications volume 13、記事番号: 7773 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

これまでの研究では、花の湿度は花蜜の蒸発による偶発的な結果であり、花蜜を求める花粉媒介者による合図として悪用される可能性があると考えられていた。対照的に、夜に咲く花であるチョウセンアサガオとその花粉媒介者であるスズメガであるマンドゥカ・セクスタに関する私たちの学際的研究は、花の相対湿度がこのシステムにおいて相互に有益なシグナルとして機能することを明らかにしました。キューベースの機能とシグナルベースの機能の違いは、3 つの実験結果によって説明されています。まず、チョウセンアサガオの花の湿度勾配は、他の種で報告されているものよりも 10 倍近く大きく、受動的 (花蜜の蒸発) プロセスではなく能動的 (気孔コンダクタンス) プロセスに起因します。これらの湿度勾配は風が吹いても維持され、蛾の来訪後数秒以内に元に戻りますが、これはこれらの砂漠の植物に多大な生理学的コストを与えることを意味します。第二に、チョウセンアサガオの水収支コストは、マンドゥカ蛾の訪問増加とそれに伴う花粉輸出の増加によって補われます。私たちは、花の湿度と花蜜の報酬が実験的に分離されている場合でも、蛾は生得的に湿った花に誘引されることを示しました。さらに、ガは触角の湿性感覚器を介して湿度の微細な変化を追跡できますが、これらの感覚器が実験的に閉塞されると追跡できなくなります。第三に、湿気の多い花を好むスズメガは、蜜を採る際の花の取り扱いにかかるエネルギーコストを削減することで、スズメガに利益をもたらします。総合すると、これらの発見は、花の湿度がスズメガによる花の選択の最終段階を媒介するシグナルとして機能し、この夜行性の植物と花粉を媒介するシステムにおいて、花の閾値を超えた視覚および嗅覚シグナルの魅力的な機能を補完する可能性があることを示唆しています。

花粉媒介者が花の形質に引き寄せられる空間スケールは、花粉媒介者の採餌効率 1、資源分配 2、および植物の遺伝子流動 3,4 に重要な影響を及ぼします。花の香りと色はメートル5、6、7、8、9メートルのスケールで花粉媒介者を引き寄せることができますが、花粉媒介者が花の閾値（mmからcmまでの距離）に到着すると、次のような追加情報がなければ、それらは有益でなくなります。対照的な蜜ガイド 10、香りのある花粉 11 または蜜 12。最近採集された花は、以前の訪問者によって花蜜や花粉が取り除かれた後、数分から数時間後に香りが漂い、膨張し、色素が残っていることがありますが、花粉媒介者が検査時に一部の花を着陸せずに拒否することがよく観察されています13,14。受粉者は、顕花植物のパッチを移動する際に、より信頼できる情報源に基づいて、花から近距離でそのような決定を下す可能性があります 15,16。たとえば、花の一次代謝と蒸散は、新しく開いた花のヘッドスペース内 (mm から cm の距離) に二酸化炭素 (CO2) 濃度と相対湿度 (RH) の勾配を生成します。これは、花粉媒介者が探査を開始する前に花蜜の利用可能性をより確実に示します。花を訪ねる17,18。

すべての動物は、環境内で得られる感覚情報である手がかりを利用して移動し、生存します。他の生物の動きや代謝によって合図が意図せず生成されると、盗聴者によって悪用される可能性があります19。コミュニケーションの文脈では、呼吸している動物（送信者）が CO2 を吐き出すと、近くの蚊（受信者）に血液粉の可能性を警告し、キューの送信者に有害な結果をもたらします20。対照的に、信号は送信者と受信者の間の通信を仲介し、平均して、双方にフィットネス上の利点をもたらします 19,21。信号の分類と進化に関する長年の議論にもかかわらず、行動学者は次の基準を使用して信号と合図を区別しています: (1) 送信者が明確で測定可能な情報を提供する、(2) 受信者との通信を目的として進化し、(3) 情報を引き出す受信者からの独特の（例えば、状態を変えるような）反応により、（4）平均して双方にとって有利な適応度の結果が得られます19、22、23。さらに、例外は存在しますが、ほとんどのシグナルは代謝、社会、または健康関連の重大なコストを伴い、不正行為に対する進化の安定性を確保していると考えられています24。植物と花粉媒介者のコミュニケーションでは、花のシグナルは「インデックス」（形式と内容が物理的に接続されている）、「アイコン」（形式は内容に似ているが切り離すことができる）、または「シンボル」（形式と内容）として進化する可能性があります。恣意的または統計的に関連している22)。

30% ΔRH), exceeding levels previously reported for angiosperm flowers29,30 by a factor of 10. We find that Datura floral humidity is not a passive consequence of nectar evaporation but, instead, is a persistent floral trait that results from gas exchange through floral stomates. Neurophysiological responses from Manduca antennal hygrosensing neurons confirm that moths perceive minute differences in floral humidity, and experimental occlusion of the hygrosensing sensillum abolishes their innate behavioral preference for humid flowers. We experimentally decouple floral humidity from nectar presence in artificial flowers, measuring moth behavioral responses to three treatments representing alternative functions for floral humidity: an uninformative trait, an informative trait positively associated with nectar, or an informative trait negatively associated with nectar. Our results show that floral humidity benefits Datura plants through increased pollinator visitation and benefits Manduca moths by reducing energetic expenditure related to flower handling time. Moths’ strong innate preference for humid flowers persisted irrespective of the presence or absence of nectar in the artificial flowers. Furthermore, the maintenance of unusually high ΔRH in a desert/grassland plant facing severe challenges in water balance suggests that floral RH in Datura is a costly sexual signal, evocative of an overstated animal courtship display36. In summary, using a neuroethological approach combined with floral physiology, animal behavior, and sensory ecology, we find that the functional role of floral humidity in this nocturnal pollination system is complementary to other attractive signals like floral scent and color, but is more spatially relevant at the threshold of the flower. We discuss the range of possible roles floral humidity can play as an informative trait beyond the (limited) current view that it is a cue for the presence of nectar./p>