Đã có sự thay đổi được ghi chép rõ ràng về việc ra hoa sớm hơn vào mùa xuân ở nhiều loài thực vật khi thế giới ấm lên. Xu hướng này cảnh báo các nhà sinh vật học vì nó có khả năng phá vỡ sự tương tác được sắp xếp cẩn thận giữa thực vật và các sinh vật—bướm, ong, chim, dơi và các loài khác— thụ phấn cho chúng.
Nhưng người ta lại ít chú ý đến những thay đổi ở các đặc điểm hoa khác, chẳng hạn như kích thước hoa, cũng có thể ảnh hưởng đến sự tương tác giữa cây và côn trùng thụ phấn, vào thời điểm mà nhiều loài côn trùng thụ phấn đang suy giảm trên toàn cầu.
Trong một nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí Thư tiến hóa, hai nhà sinh vật học của Đại học Michigan và một đồng nghiệp của Đại học Georgia cho thấy rằng quần thể hoang dã của loài rau muống phổ biến ở miền đông nam Hoa Kỳ đã tăng kích thước hoa của chúng từ năm 2003 đến năm 2012.
Theo các nhà nghiên cứu, kích thước hoa tăng lên cho thấy cây trồng cần đầu tư nhiều hơn vào việc thu hút côn trùng thụ phấn. Những thay đổi này rõ rệt nhất ở các vĩ độ phía bắc hơn, phù hợp với nhiều nghiên cứu trước đây cho thấy quần thể thực vật phía bắc có xu hướng thể hiện những phản ứng tiến hóa mạnh mẽ hơn đối với biến đổi khí hậu.
Sự thay đổi sang việc ra hoa sớm hơn cũng được quan sát thấy ở những quần thể rau muống đó. Ngoài ra, còn có những dấu hiệu thú vị cho thấy thực vật đã tăng cường đầu tư vào hoa phần thưởng—mật hoa và phấn hoa thu được từ ong, ruồi syrphid và ong bắp cày thụ phấn cho hoa bìm bìm màu trắng, hồng và xanh.
Tác giả chính của nghiên cứu, Sasha Bishop, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Sinh thái UM, cho biết: “Có một lỗ hổng lớn trong hiểu biết của chúng tôi về cách các đặc điểm quan trọng đối với sự tương tác giữa thực vật và côn trùng thụ phấn có thể phát triển theo thời gian như một phản ứng với khí hậu thay đổi”. và Sinh học tiến hóa.
“Chúng tôi chứng minh rằng—ngoài những thay đổi được ghi chép rõ ràng về việc nở hoa sớm hơn—kiến trúc và phần thưởng của hoa cũng có thể đóng những vai trò quan trọng trong phản ứng tiến hóa đối với sự thay đổi môi trường đương đại.”
Vinh quang buổi sáng phổ biến là một loại cây cỏ dại hàng năm được tìm thấy trên khắp miền đông, miền trung tây và miền nam Hoa Kỳ. Nó thường được nhìn thấy dọc theo các con đường và các cánh đồng trồng trọt.
Nghiên cứu do UM dẫn đầu đã sử dụng phương pháp “hồi sinh” liên quan đến việc nảy mầm các hạt rau muống được thu thập từ rìa các cánh đồng ngô và đậu nành nông nghiệp ở Tennessee, Bắc Carolina và Nam Carolina trong hai năm: 2003 và 2012.
Trong khoảng thời gian 9 năm đó, khu vực này đã chứng kiến nhiệt độ tăng cao - đặc biệt là nhiệt độ tối thiểu và nhiệt độ ban đêm tăng - đồng thời số lượng các trận mưa cực đoan xen kẽ với hạn hán khắc nghiệt hơn cũng gia tăng.
Để tìm kiếm những thay đổi về hình thái hoa, các nhà nghiên cứu đã trồng hạt giống thu thập trên đồng ruộng từ cả hai năm trong nhà kính tại Vườn Bách thảo Matthaei của U-M. Khi hoa nở, nhiều đặc điểm khác nhau của hoa được đo bằng thước cặp kỹ thuật số.
Các phép đo cho thấy tràng hoa bìm bìm trở nên rộng hơn đáng kể trong khoảng thời gian 4.5 năm—đường kính 1.8 cm (2003 inch) vào năm 4.8 và 1.9 cm (2012 inch) vào năm XNUMX, và sự thay đổi về chiều rộng của tràng hoa là lớn nhất ở các quần thể ở các vĩ độ phía bắc hơn . Cánh hoa được gọi chung là tràng hoa.
Nghiên cứu cũng tiết lộ sự thay đổi về thời gian ra hoa sớm hơn từ năm 2003 đến năm 2012, chủ yếu do quần thể ở các vĩ độ phía bắc hơn. Sự ra hoa bắt đầu xảy ra sớm hơn trung bình bốn ngày đối với những cây được trồng từ hạt thu thập vào năm 2012.
Điều thú vị là các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy xu hướng bị ảnh hưởng bởi vĩ độ trong việc đầu tư nhiều hơn vào phần thưởng hoa (phấn hoa và mật hoa) theo thời gian. Trung bình, hoa bìm bìm được trồng từ hạt thu thập năm 2012 tạo ra nhiều hạt phấn hoa và nhiều mật hoa hơn so với hoa từ hạt thu thập năm 2003.
Tuy nhiên, các phân tích phấn hoa và mật hoa chỉ liên quan đến bốn quần thể cây rau muống. Do số lượng quần thể được kiểm tra thấp nên các phát hiện về phần thưởng hoa không được đưa vào thử nghiệm thống kê nhằm tìm kiếm bằng chứng cho thấy sự thích nghi thông qua chọn lọc tự nhiên đang diễn ra ở thực vật.
Tác giả chính của nghiên cứu, Regina Baucom, phó giáo sư tại Khoa Sinh thái và Sinh học Tiến hóa của UM, cho biết: “Tuy nhiên, có vẻ như có sự gia tăng tạm thời trong đầu tư vào việc thu hút các loài thụ phấn và kết quả này là do các quần thể ở vĩ độ phía bắc”.
Nghiên cứu không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy rau muống đang tăng tốc độ tự thụ phấn. Bằng chứng từ một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc “tự ngã” tăng lên như một phản ứng có thể xảy ra đối với biến đổi khí hậu và/hoặc sự suy giảm của loài thụ phấn liên quan đến thay đổi sử dụng đất.
“Đây là bài viết đầu tiên sử dụng phương pháp phục hồi để kiểm tra khả năng các đặc điểm chịu trách nhiệm về sự tương tác giữa thực vật và thụ phấn có thể phát triển theo thời gian, đồng thời làm giảm số lượng côn trùng thụ phấn và những thay đổi môi trường mạnh mẽ do biến đổi khí hậu và chế độ sử dụng đất,” Giám mục nói.
Mười lăm quần thể hoa bìm bìm đã được đưa vào thí nghiệm hồi sinh nhằm xem xét những thay đổi trong hình thái hoa. Hai mươi ba quần thể đã được đưa vào nghiên cứu về sự ra hoa sớm hơn vào mùa xuân. Tổng cộng có 2,836 bông hoa được đo từ 456 cây.