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May 19, 2024

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7773(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이전 연구에서는 꽃의 습도를 꿀 증발의 부주의한 결과로 간주했으며, 이는 꿀을 찾는 수분 매개자에 의해 신호로 이용될 수 있습니다. 대조적으로, 밤에 피는 꽃인 Datura wrightii와 그 매나방 수분 매개자인 Manduca sexta에 대한 우리의 학제간 연구는 꽃의 상대 습도가 이 시스템에서 상호 유익한 신호로 작용한다는 것을 보여줍니다. 큐 기반 기능과 신호 기반 기능의 차이점은 세 가지 실험 결과를 통해 설명됩니다. 첫째, 흰독말풀의 꽃 습도 구배는 다른 종에 대해 보고된 것보다 거의 10배 더 크며 수동적(꿀 증발) 과정보다는 활성(기공 전도) 과정의 결과입니다. 이러한 습도 구배는 바람에 직면하여 유지되며 나방 방문 후 몇 초 내에 재구성되므로 사막 식물에 상당한 생리학적 비용이 발생합니다. 둘째, 흰독말풀의 물 균형 비용은 Manduca 나방의 방문 증가와 그에 따른 꽃가루 수출 증가를 통해 보상됩니다. 우리는 꽃의 습도와 꿀 보상이 실험적으로 분리된 경우에도 나방이 습한 꽃에 선천적으로 끌린다는 것을 보여줍니다. 더욱이 나방은 더듬이 흡습 감각 기관을 통해 습도의 미세한 변화를 추적할 수 있지만 이러한 감각 기관이 실험적으로 폐쇄되면 그렇게 하지 못합니다. 셋째, 습한 꽃에 대한 선호는 꿀을 채취하는 동안 꽃 취급에 드는 에너지 비용을 줄임으로써 매나방에게 이익이 됩니다. 종합적으로 말하자면, 이러한 발견은 꽃의 습도가 매나방에 의한 꽃 선택의 최종 단계를 중재하는 신호로 기능하여 이 야행성 식물 수분 매개자 시스템에서 꽃 문턱을 넘어서는 시각 및 후각 신호의 매력적인 기능을 보완할 수 있음을 시사합니다.

꽃가루 매개자가 꽃 특성에 끌리는 공간적 규모는 수분 매개자 채집 효율성1, 자원 분할2 및 식물 유전자 흐름3,4에 중요한 영향을 미칩니다. 꽃 향기와 색깔은 미터 규모의 수분 매개자를 유인할 수 있지만5,6,7,8,9, 다음과 같은 추가 정보가 없으면 수분 매개자가 꽃의 문지방(mm에서 cm 거리)에 도달하면 더 이상 정보를 제공하지 않습니다. 대조되는 꿀 가이드10, 향기로운 꽃가루11 또는 꿀12. 최근에 채집된 꽃은 이전 방문객이 꿀이나 꽃가루를 제거한 후에도 몇 분에서 몇 시간까지 향이 나고 부풀어오르며 착색된 상태로 남아 있을 수 있지만 수분매개자는 검사 시 착륙하지 않고 일부 꽃을 거부하는 것이 일반적으로 관찰됩니다13,14. 수분 매개자는 꽃이 피는 식물의 패치를 탐색할 때 보다 신뢰할 수 있는 정보 소스를 기반으로 꽃과 가까운 거리에서 그러한 결정을 내릴 가능성이 높습니다15,16. 예를 들어, 꽃의 1차 대사 및 증산은 새로 열린 꽃의 헤드스페이스(mm에서 cm 거리) 내에서 이산화탄소(CO2) 농도와 상대 습도(RH)의 기울기를 생성합니다. 이는 수분 매개자가 탐색을 시작하기 전에 꿀 가용성을 보다 안정적으로 나타냅니다. 꽃을 방문하다17,18.

모든 동물은 길을 찾고 생존하기 위해 신호(주변 환경에서 사용할 수 있는 감각 정보)를 활용합니다. 다른 유기체의 움직임이나 신진 대사에 의해 실수로 단서가 생성되면 도청자가 이를 악용할 수 있습니다19. 의사소통의 맥락에서 호흡하는 동물(발신자)이 CO2를 내뿜을 때 근처 모기(수신자)에게 잠재적인 혈액 식사에 대해 경고하며 신호를 보낸 사람에게 해로운 결과를 초래합니다20. 대조적으로, 신호는 발신자와 수신자 간의 통신을 중재하여 평균적으로 양측 모두에게 적합성 이점을 제공합니다19,21. 신호 분류 및 진화22,23에 대한 오랜 논쟁에도 불구하고 행동주의자들은 다음 기준을 사용하여 신호와 신호를 구별합니다. (1) 발신자는 명확하고 측정 가능한 정보를 제공합니다. (2) 수신자와 통신할 목적으로 진화했습니다. 수신자의 독특한(예: 상태 변경) 반응으로 인해 (4) 평균적으로 양 당사자 모두에게 유리한 적합성 결과가 발생합니다19,22,23. 또한 예외가 존재하지만 대부분의 신호는 부정 행위에 대한 진화적 안정성을 보장하는 것으로 생각되는 상당한 대사, 사회적 또는 건강 관련 비용을 발생시킵니다24. 식물-꽃가루 매개자 통신에서 꽃 신호는 "색인"(형태와 내용이 물리적으로 연결됨), "아이콘"(형태는 내용과 유사하지만 분리될 수 있음) 또는 "기호"(형태와 내용)로 진화할 수 있습니다. 임의로 또는 통계적으로 연결되어 있습니다22).

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>