Хотя пчелы и цветы необходимы друг другу, некоторые растения не готовы отдавать пыльцу просто так. Пчела должна найти способ потрясти тычинку с такой частотой, чтобы пыльца оказалась у нее в лапках и не застряла в цветке.
У пчел есть гораздо более важная работа, чем делать мед — опылять растения. Пока пчелы собирают пыльцу, чтобы переработать ее в улье в высокобелковую еду, они перемещают эти половые клетки растений с цветка на цветок, обеспечивая размножение растений.
Не у всех растений пыльца легко доступна — многие ее прячут. Чтобы получить пыльцу, такие тычинки надо потрясти. Для этого пчелы кусают цветок или плотно прижимаются к нему и с помощью летательных мышц создают вибрацию, высвобождающую пыльцу из труднодоступного хранилища.
Ученые называют это «вибрационным опылением». Такой процесс сложен с точки зрения механики происходящего и со стороны пчелы, и со стороны цветка. Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) изучили, как тычинки сложной формы реагируют на создаваемые пчелами вибрации. Работа об этом опубликована в Journal of the Royal Society Interface.
Оказалось, что для высвобождения пыльцы важно не только, как быстро и интенсивно пчела трясет цветок, но и то, как его части движутся относительно друг друга. Предыдущие биомеханические исследования проводили на растениях рода Паслен (Solanum), к которому относятся томаты, картофель и баклажаны. У них относительно прямые и жесткие тычинки. Они просты с механической точки зрения.
В новой работе ученые рассматривали поведение тычинок тропического растения Мединилла великолепная (Medinilla magnifica). У него тычинка сложная, состоит из тонкой тычиночной нити и сильно изогнутого пыльника, соединенных между собой. Пыльца высвобождается через отверстие на конце пыльника.
«На одних частотах разные части составного объекта движутся согласованно, а на других — в противоположных направлениях. Именно это произошло с тычинками тропического растения Medinilla magnifica. Когда мы воздействуем на них вибрацией разной частоты, они реагируют совершенно по-разному», — рассказал первый автор работы Сиян Чжоу (Siyang Zhou) из Института мехатроники и силовой электроники (MPEI).
Ученые построили электромеханический вибростенд для наблюдения за поведением этих тычинок под вибрацией с разными параметрами. Исследователи закрепляли на стенде отдельные тычинки и с помощью лазера измеряли параметры их движения. Этим методом ученые рассмотрели и амплитуду, и фазу колебаний составных частей тычинки.
Оказалось, что тычинка Medinilla magnifica имеет три резонанса в диапазоне частот ниже 1000 герц. В резонансе части тычинки движутся с максимальной амплитудой, что способствует высвобождению пыльцы. На первом резонансе, около 87 герц, тычинка движется как единое целое и изгибается.
Второй резонанс на 273 герцах заставляет тычинку изгибаться сильнее. Он попадает в диапазон жужжания пчел, 100–400 герц. Ученые выяснили, что насекомым не нужно точно попадать в частоту, достаточно оставаться в нужных пределах. Деформация тычинки все еще высвобождает пыльцу. Масса пчелы меняет механические свойства системы, поэтому точка 273 герца — ориентировочная. На частотах выше второго резонанса части тычинки двигались в противоположном направлении, что может помогать высвобождению пыльцы.
Пчелы сильно различаются по размеру, но все равно способны опылять один и тот же цветок, а значит, им действительно не нужно работать с точной частотой вибрации. Исследователи считают, что их выводы подтверждают, что пчелы и цветы эволюционировали совместно, в том числе и на уровне механики.
Автор: Евгения Вавилова