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近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所王紅研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中山大學(xué)以及美國、瑞典的科研人員，以列當(dāng)科馬先蒿屬植物為模型，整合生物力學(xué)、昆蟲行為學(xué)和傳粉生態(tài)學(xué)等多學(xué)科研究手段，發(fā)現(xiàn)了花與熊蜂之間的共振關(guān)鍵點(diǎn)，揭示了蜂振傳粉中植物與傳粉者之間的振動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)制，解析了花的生物力學(xué)特性在塑造植物-傳粉者互作中的重要作用，為探討植物-傳粉者協(xié)同進(jìn)化以及花多樣性形成提供了新視角。自達(dá)爾文以來，植物的花部結(jié)構(gòu)、花色、花氣味和花蜜等與傳粉者行為的相關(guān)研究取得了進(jìn)展，但花的力學(xué)特征與傳粉者的關(guān)系研究整體處于探索階段，尤其是復(fù)雜環(huán)境中的多因素交互作用、跨物種普適性規(guī)律亟待深入研究。蜂振傳粉是傳粉者通過身體產(chǎn)生高頻振動(dòng)使被包裹在花冠特殊結(jié)構(gòu)的花粉得以釋放的特殊傳粉方式。有研究估計(jì)，約有74個(gè)屬的蜂類訪花時(shí)使用振動(dòng)，發(fā)出“嗡嗡聲”與植物協(xié)奏“二重曲”。有超過2萬種開花植物依賴蜂振傳粉。蜂振傳粉中最奇特的花出現(xiàn)在馬先蒿植物，其花冠二唇形，上唇特化為“盔”，花藥隱藏在“盔”中。許多馬先蒿的“盔”具有獨(dú)特的“喙”狀結(jié)構(gòu)。一些種類的“喙”彎曲伸長，猶如大象鼻子，被稱為“象鼻花”。在中國西南山地，馬先蒿多個(gè)物種共存、同期開花并共享傳粉昆蟲熊蜂，但種間雜交卻較少發(fā)生。熊蜂振動(dòng)時(shí)花如何精準(zhǔn)釋放花粉，以及涉及蜂振傳粉復(fù)雜的生物力學(xué)過程及這種傳粉互作背后的驅(qū)動(dòng)機(jī)制不甚清楚。科研人員為研究花與蜂類之間的互動(dòng)，開展了跨學(xué)科交叉研究。研究利用多視角攝像系統(tǒng)記錄熊蜂訪問馬先蒿花的全過程，觀察到熊蜂選擇花喙的基部特定位置咬合并振動(dòng)收集花粉。研究通過非破壞性3D顯微CT成像技術(shù)和原子力顯微鏡，量化了花冠結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)，構(gòu)建了馬先蒿花的三維有限元模型。進(jìn)而，研究結(jié)合有限元計(jì)算模擬和振動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，熊蜂訪花的咬合點(diǎn)是振動(dòng)能量傳遞的最優(yōu)激勵(lì)點(diǎn)即花與蜂共振“關(guān)鍵點(diǎn)”，且能夠促進(jìn)花粉高效釋放。研究顯示，只有在馬先蒿喙長與訪花熊蜂體長相匹配時(shí)，熊蜂才可以在最佳咬合時(shí)將其腹部對準(zhǔn)“象鼻花”尖端有效采集花粉和授粉。個(gè)體水平的傳粉網(wǎng)絡(luò)分析證實(shí)，馬先蒿喙長與熊蜂體長存在尺寸匹配，且這種精巧匹配在物種和個(gè)體層面均存在。上述工作構(gòu)建了“振動(dòng)力學(xué)-昆蟲行為-生態(tài)網(wǎng)絡(luò)”多維研究模式，為傳粉互作如何影響物種多樣化提供了新認(rèn)識(shí)，有望為生態(tài)保護(hù)和農(nóng)業(yè)授粉管理提供科學(xué)支撐。相關(guān)研究成果發(fā)表在《中國科學(xué)：生命科學(xué)》（SCIENCE?CHINA Life Sciences）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。論文鏈接熊蜂在有喙馬先蒿上進(jìn)行蜂振傳粉，熊蜂訪花的咬合點(diǎn)正是振動(dòng)能量傳遞的最優(yōu)激勵(lì)點(diǎn)；只有在馬先蒿喙長與訪花熊蜂體長相匹配時(shí)，兩者共振促進(jìn)花粉高效釋放。