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氣候變化致花朵吸紫外線色素每年增 2% 將影響植物授粉繁殖

2020/9/29 — 20:52

隨著全球氣候變化加劇,部份動植物已適應新環境,甚至其繁殖季節也變長。最新刊於 Current Biology 的研究表明,過去 75 年,花瓣中的吸紫外線 (ultraviolet, UV) 色素出現的改變,能適應不斷上升的溫度和不斷減少的臭氧 (ozone, O3) 。

領導研究的美國克萊姆森大學植物生態學家 Matthew Koski 指,雖然人類無法看到花的吸紫外線色素,但色素能吸引傳粉昆蟲,並為植物提供防曬功能——來自太陽光的紫外線輻射對人體有害,紫外線也可能損壞花朵花粉,所以花瓣中吸紫外線色素越多,到達敏感花粉細胞的有害輻射就越少。

此前, Koski 的團隊發現,曝露於更多紫外線輻射的花朵,即通常在更高海拔或靠近赤道生長的花朵,其花瓣中含有更多的吸紫外線色素。團隊因而想知道受人類活動影響的兩個因素:臭氧層破壞和氣溫上升,是否也影響了吸紫外線色素的多寡。大氣中的臭氧層能阻隔部分紫外線,自製冷劑被人類製造以來,臭氧層變薄破洞,令更多紫外線可照射到地表,因此各國在 1987 年簽訂《蒙特利爾議定書》逐步淘汰損害臭氧層的製冷劑。

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為了找出答案,團隊研究了可追溯到 1941 年的北美、歐洲和澳洲的 42 種不同植物物種的 1,238 朵花樣本。其後,團隊使用紫外線敏感相機拍攝該些物種整個自然棲息範圍內、不同時間採集的花瓣,以了解物種的吸紫外線色素變化。最終,團隊會將這些變化與當地臭氧水平和溫度數據作對比。

結果顯示,所有位置花朵的吸紫外線色素都隨時間推移而增加,由 1941 年到 2017 年,每年平均增長 2% 。但變化主要取決於花的結構:在花粉外露的碟形花朵中,例如毛茛屬 (Ranunculus) ,吸紫外線色素會在臭氧水平下降時增加,在臭氧增加的地方則會下降。但隨溫度升高,如普通狸藻 (Utricularia macrorhiz) 等花粉被花瓣包圍的花朵會減少其吸紫外線色素,臭氧水平是否出現變化則不影響色素變化。

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耐寒委陵菜 (A-C) 與黃色猴子花 (D-F) 隨時間花瓣顏色也有變深。
Credit: Koski, M.H. & et al. (2020).

耐寒委陵菜 (A-C) 與黃色猴子花 (D-F) 隨時間花瓣顏色也有變深。
Credit: Koski, M.H. & et al. (2020).

無參與研究的哈佛大學植物生物學家 Charles Davis 指,發現令人驚訝,但完全合理。他解釋藏在花瓣中的花粉可自然抵禦紫外線,但這種額外的屏障作用也如溫室一樣吸收熱力,所以這類花曝露在高溫下,其花粉便有被「煮熟」的危險,減少花瓣中的吸紫外線色素有助其降低溫度。

對於蜂鳥和蜜蜂等授粉媒介而言,紫外線色素非常顯眼,而大多數授粉媒介也喜歡有一圈圈色素「標靶」圖案的花,理由仍未被完全了解,但 Koski 解釋這可能幫助牠們靠近花朵中心,取得花蜜,並將其他會吸收紫外線背景物區分。所以,正常地紫外線色素少的花朵可能更吸引給傳粉者,但隨著氣候變化加劇相關色素增加的花朵可能會失去這種對比度,使其自身吸引力減低,授粉量同樣會被影響。

來源:
Science, Flowers are changing their colors to adapt to climate change, 28 September 2020

報告:
Koski, M.H., MacQueen, D. & Ashman, T. (2020). Floral Pigmentation Has Responded Rapidly to Global Change in Ozone and Temperature. Current Biology published 17 September 2020. doi: 10.1016/j.cub.2020.08.077

文/Alan Chiu

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