生物力学上的“尺寸匹配”解释了大黄蜂授粉的大象鼻花的花隔离

嗡嗡授粉——蜜蜂通过振动花朵来提取花粉的过程——发生在20000多种植物中。最专业的例子是马先蒿属（Orobanchaceae）的野花，其弯曲的“象鼻”花瓣完全依赖大黄蜂的振动来授粉

尽管多种马先蒿物种同时开花，并且它们共同依赖大黄蜂传粉者，但共存物种之间的杂交非常罕见。现在，一个研究小组发现了这一现象背后的生物力学机制

这项由中国科学院昆明植物研究所的研究人员领导的研究发表在《科学·中国生命科学》杂志上，揭示了花的振动和传粉媒介的大小是如何介导这些相互作用的

在中国西南部的喜马拉雅横断山脉，数百种虱子（Pedicularis）野花产生了独特的“象鼻”花，其特征是长鼻子状的喙。大黄蜂是它们唯一的传粉者，必须振动这些结构才能释放花粉。然而，观察表明，蜜蜂总是叮咬花朵的同一区域，无论物种如何

为了进行研究，研究人员开发了一个马先蒿花的三维（3D）有限元模型，结合了从显微CT扫描和原子力显微镜中获得的结构和材料特性。他们的分析确定了花嘴底部的“最佳咬合点”，在那里振动最有效地驱逐花粉。然而，这种机制的有效性取决于精确的匹配：大黄蜂的身体长度必须与咬点到花尖的距离对齐

该研究进一步揭示，马先蒿属物种的喙长、曲率和卷曲各不相同，每种都需要特定的传粉者大小才能成功转移花粉。值得注意的是，同一群体中的大黄蜂工蜂在不同季节表现出大小差异，这意味着不同的个体可能专门研究不同的花种

个体水平的授粉网络分析证实了大黄蜂体长和花嘴尺寸之间存在很强的“大小匹配”，这解释了为什么杂交很少见：不同大小的蜜蜂通过优先访问与其形态匹配的花朵，无意中隔离了马先蒿属物种

该研究的第一作者、博士生徐元庆说：“严重的挑战是将生物力学与授粉生态学相结合，因为嗡嗡授粉涉及复杂的振动耦合。”。“我们建立了一个结合振动力学、昆虫行为和生态网络的多维研究框架。”

研究结果突出了嗡嗡授粉中的振动耦合机制，并强调了花生物力学在塑造植物-传粉者相互作用中的关键作用。这项研究为植物和传粉者的共同进化以及野生群落中花朵多样性随时间的发展提供了新的见解 More information: Yuanqing Xu et al, Vibration mechanics involved in buzz pollination lead to size-dependent associations between bumblebees and Pedicularis flowers, Science China Life Sciences (2025). DOI: 10.1007/s11427-024-2858-5

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