Do rodzaju szachownica (Fritillaria) należy około 140 gatunków roślin cebulowych. W Polsce jest to bardzo rzadko występująca szachownica kostkowata. Badania szachownic, w szczególności szachownicy perskiej, przeprowadziła dr inż. Katarzyna Roguz z Pracowni Naukowej Ogrodu Botanicznego UW.

Nauka w Polsce: Skąd pomysł, by zainteresować się szachownicą perską?

Dr inż. Katarzyna Roguz: Może zanim powiem o samej szachownicy perskiej, przedstawię czytelniczkom i czytelnikom nieco szersze tło dla naszych badań. Fritillaria persica, czyli szachownica perska, jak pierwsza część nazwy gatunkowej wskazuje, należy do rodzaju szachownica (Fritillaria). Do tego rodzaju należy około 140 gatunków roślin cebulowych (Fot. 1).

We florze Polski mamy jednego przedstawiciela, Fritillaria meleagris, czyli szachownicę kostkowatą, gatunek krytycznie zagrożony. Można go oglądać w populacji pod Przemyślem, w Krównikach. Ta populacja jest naprawdę czymś niesamowitym - piękny kobierzec fioletowych kwiatów, rozciągający się na bardzo dużym obszarze. Co ciekawe, mimo że jest to tak rzadki i krytycznie zagrożony gatunek, przez długi czas jego biologia rozmnażania była nieznana. Szczęśliwie trafiłam do zespołu naukowego Ogrodu Botanicznego, w którym już toczyły się pierwsze badania dotyczące właśnie F. meleagris i w swojej pracy licencjackiej miałam szansę badać relację tego gatunku z zapylaczami.

Wiedząc o tym, że u szachownic doszło do kilkukrotnej zmiany grupy zapylaczy (np. przejścia od zapylania przez owady do zapylania przez różne grupy ptaków) już na etapie planowania mojej pracy doktorskiej, postanowiliśmy przyjrzeć się ewolucji cech kwiatów w rodzaju Fritillaria właśnie w kontekście zmiany głównych zapylaczy. W ramach prowadzonych badań przeanalizowałam ponad połowę rodzaju, czyli ponad 70 gatunków, i, zapewne jak to się często dzieje, skończyłam swój doktorat z jeszcze większą liczbą nowych, tym razem bardziej dokładnych, pytań. Część z tych pytań dotyczyła szachownicy perskiej, która w kontekście swojego rodzaju jest gatunkiem nieco niezwykłym.

NwP: Na czym to polega?

K.R.: U szachownic prawie wszystkie przebadane przeze mnie gatunki mają duże, widoczne i łatwo dostępne nektarniki. Obszar nektarnika zwykle jest wyraźnie kontrastujący względem otaczającej go tkanki i, najczęściej, bardzo zasobny w nektar o stosunkowo wysokim stężeniu cukru. Ta atrakcyjna nagroda pokarmowa jest dla zapylaczy łatwo dostępna - nektarniki są u większości szachownic dobrze widoczne i niczym nieosłonięte. U większości, bo oczywiście są niespodzianki. Kiedy składałam już zebrane w czasie badań doktoratowych dane, zauważyłam, że u F. persica trzy zewnętrzne nektarniki są ukryte za wewnętrznymi działkami (Fot. 2). W takim przypadku dostęp do nagrody jest więc ograniczony. Nie jest to najbardziej wyrafinowana ochrona, ale nektarników nie widać, a wydobycie nagrody najpewniej wymaga od zapylaczy pewnego wysiłku.

Drugi interesujący aspekt, który badałam w swoim doktoracie, dotyczył ułożenia części rozrodczych w kwiatach Fritillaria. Ponownie - w większości przypadków pręciki (części męskie) i słupki (części żeńskie) mają różną długość lub istnieje między nimi fizyczna odległość. Różnica w długości lub fizyczny dystans zmniejsza ryzyko zapylenia własnym pyłkiem, które jest dla roślin często mniej korzystne. I znowu zaskoczenie - w przypadku F. persica sytuacja jest inna. U tego gatunku zaobserwowałam stopniowe przesuwanie się pręcików, które na początku kwitnienia leżały się na działkach okwiatu, a w miarę dojrzewania kwiatów przesuwały się w kierunku słupka i ostatecznie pokrywały jego górną część (znamię) ziarnami pyłku (Fot. 3).

Fot. 3. Pylniki Fritillaria persica stopniowo przemieszczają się w miarę dojrzewania kwiatów w kierunku słupka i ostatecznie pokrywają jego górną część (znamię) ziarnami pyłku [źródło www.fritillariaicones.com]

NwP: Zapylanie szachownicy przebiega więc dość zagadkowo...

K.R.: Tak. Ciekawiło nas, jaki wpływ na zachowanie zapylacza mają ukryte nagrody (Fot. 4). Zastanawialiśmy się, jak takie chowanie nagrody wpływa na atrakcyjność kwiatów i zachowanie zapylaczy w kwiatach; czy są w stanie znaleźć nagrodę i ile czasu poświęcają na jej poszukiwanie. Jak powiedziałam, zakrywanie nektarników działkami okwiatu nie jest zbyt skomplikowaną przeszkodą, jeśli porównać ją z długimi ostrogami storczyków lub pułapkowymi kwiatostanami obrazkowatych. Ale bez obserwacji terenowych nie było dla nas jasne, czy zapylacze rzeczywiście szukają ukrytej nagrody, jeśli mają wokoło dużo kwiatów z dostępnymi nagrodami.

Pustynne populacje szachownicy perskiej są naprawdę bardzo duże i owady mogą swobodnie wybierać pomiędzy zasobnymi w nagrody pokarmowe osobnikami. Postanowiliśmy też sprawdzić, jak zmieni się zachowanie zapylaczy i sukces rozrodczy szachownic, jeśli eksperymentalnie zmienimy kwiaty - usuwając im część działek okwiatu, które zasłaniały nektar.

Kiedy więc obserwowałam pszczoły poszukujące nektaru, przekonałam się, że znalezienie ukrytego nektaru to dla nich łatwe zadanie i żerują również w ukrytych nektarnikach. W pewnym stopniu potwierdził to również eksperyment, w którym usunęłam część działek okrywających nektarniki. W eksperymentalnie zmodyfikowanych kwiatach zapylacze spędzały tyle samo czasu i odwiedzały tyle samo kwiatów w kwiatostanie, co pokazuje, że łatwo dostępna nagroda nie skraca czasu żerowania i nie zwiększa atrakcyjności kwiatów.

Druga grupa pytań dotyczyła stykania się części rozrodczych w kwiecie. Kiedy jechałam do Izraela na staż podoktorski, byłam prawie pewna, że spontaniczna autogamia, czyli umieszczenie własnego pyłku na słupku bez żadnych czynników zewnętrznych, jest swego rodzaju rozwiązaniem na najgorszy scenariusz, czyli na brak zapylaczy. Fritillaria persica to gatunek, który rośnie m.in. na pustyni, gdzie ryzyko niedopasowania roślin do zapylaczy jest wysokie. Na pustyni okres wegetacji jest krótki, a okresy w których zapylacze nie są aktywne trwają bardzo długo. W przypadku czasowego niedopasowania sezonu kwitnienia do aktywności zapylaczy rośliny mogą nadal wytwarzać nasiona, co prawda po samozapyleniu, ale jednak da się to zrobić.

Drugim możliwym wyjaśnieniem była wtórna prezentacja pyłku, a więc sytuacja, w której pyłek jest prezentowany na innych częściach kwiatu niż pylniki, w sposób maksymalizujący jego szansę na zebranie i przeniesienie na znamiona receptywne innych kwiatów. Żeby odpowiedzieć na pytanie o rolę spontanicznie deponowanego na własnych słupkach pyłku, użyliśmy kropek kwantowych - półprzewodnikowych nanokryształów, które charakteryzują się fluorescencją; ich użycie pozwala na śledzenie pojedynczych, również bardzo drobnych ziaren pyłku. Nanosiliśmy roztwór z kropkami kwantowymi na pyłek, a później sprawdzaliśmy, gdzie tak znakowany pyłek się przemieścił.

Nasze dane wskazują na podwójną rolę pyłku osadzonego na znamieniu słupka. Z jednej strony prawie w każdym kwiecie znaleźliśmy znakowane własne ziarna pyłku. Oznacza to, że część własnego pyłku zdeponowana przez poruszające się pylniki może prowadzić do produkcji nasion. Natomiast w kwiatach, które były chronione przed dostępem zapylaczy, ładunki własnego znakowanego pyłku były kilkakrotnie większe. Oznacza to, że podczas odwiedzania kwiatów część spontanicznie zdeponowanego na własnym słupku pyłku jest zbierana przez zapylacze, np. szukające nektaru.

NwP: Roślina mająca wiele pomysłów na przetrwanie?

K.R.: Zgadza się. Fritillaria persica jest zdecydowanie niezwykłym gatunkiem, u którego możemy obserwować zmienne strategie rozrodcze. Antropomorfizując, powiedziałabym, że jest gatunkiem bardzo "zaradnym", przygotowanym na każdą okazję. Atrakcyjne, bogate w nagrodę pokarmową kwiaty wabią zapylacze, a jeśli ich nie ma - zawsze zostaje opcja spontanicznego samozapylenia. To świetna strategia w tak trudnym siedlisku.

NwP: Jakie jest znaczenie szachownicy dla ekosystemu na Bliskim Wschodzie?

K.R.: Szachownica perska jest gatunkiem występującym we wschodniej części Morza Śródziemnego i Azji Zachodniej (Iran, Irak, Turcja, Cypr, Syria, Izrael, Palestyna, Jordania). Badania Ogrodu Botanicznego prowadzimy we współpracy z Uniwersytetem w Tel Awiwie, więc skupiamy się głównie na populacjach izraelskich. Jedna z nich porasta wzgórza na pograniczu Pustyni Judzkiej i Pustyni Negew. I znów, podobnie jak w przypadku wspomnianej już szachownicy kostkowatej, tworzy niezwykle okazałą, przepiękną populację, złożoną z setek tysięcy osobników.

Szachownice perskie kiełkują i zakwitają po pierwszych wiosennych deszczach w tym niezwykle suchym obszarze (ok. 150-200 mm opadów rocznie). Ten moment w roku to czas kwitnienia pustyni. To naprawdę zapierający dech w piersiach widok, kiedy pustynia pokrywa się kwitnącymi roślinami - m.in. szachownicami, mieczykami, kosaćcami czy szafirkami. Jako studentka uczestnicząca w zajęciach z biogeografii zawsze marzyłam o tym, żeby zobaczyć ten niezwykły spektakl i polecam to doświadczenie wszystkim (Fot. 5).

A szachownica w tym obszarze jest zapewne istotnym źródłem pokarmu dla dzikich pszczół, np. przedstawicieli kornutków (Eucera), które chętnie odwiedzają jej kwiaty w poszukiwaniu nektaru. Skierowane otworem ku dołowi kwiaty szachownic są także ciepłym i bezpiecznym noclegowiskiem dla samców Eucera, szukających komfortowego "lokum" na spędzenie nocy na pustyni.

NwP: Czy badania szachownicy perskiej mogą nam coś dać w kontekście badań nad naszą rodzimą szachownicą kostkowatą?

K.R.: Szachownica perska i kostkowata to gatunki blisko spokrewnione, należące do jednego rodzaju. Co ciekawe - bardzo znacząco różnią się od siebie wyglądem. Szachownica kostkowata ma zazwyczaj jeden kwiat, ze wzorem kostki na działkach okwiatu, a jej kwiaty mają wielkość ok 4-5 cm; natomiast szachownica perska tworzy duże kwiatostany z kilkunastoma lub nawet kilkudziesięcioma kwiatami o wielkości ok 2-3 cm. Na jej działkach nie znajdziemy też wzoru szachownicy.

Badanie biologii rozmnażania jest kluczowe dla odpowiedniego zrozumienia zagrożeń danego gatunku i obydwa gatunki wymagają takich właśnie dokładnych, popartych badaniami opisów, jak i dobrze skrojonej ochrony. Bez odpowiedniej wiedzy nie jesteśmy w stanie tego zrobić. Należy także zwrócić uwagę, że w przypadku obydwu gatunków kluczowa jest odpowiednia ochrona siedlisk, bez tego nawet najlepiej zaplanowana ochrona się nie powiedzie.

Najważniejszymi zagrożeniami szachownicy kostkowatej jest zarzucenie gospodarki kośnej na łąkach, zmiana sposobu gospodarowania i przeznaczanie jej siedlisk pod zabudowę. Nasze badania wykazały także, że zagrożeniem, szczególnie dla małych populacji, może być słabe dopylenie, związane np. ze zmniejszającą się liczebnością trzmieli lub niską atrakcyjnością mało licznych populacji. Z kolei odpowiedni plan ochronny dla szachownicy perskiej dopiero powstaje. Niewątpliwie należy przyglądać się biologii zapylania obydwu tych gatunków z dużą uważnością - zmiany klimatyczne, skutkujące np. fenologicznym rozminięciem się okresu kwitnienia i aktywności zapylaczy, są szczególnie niebezpieczne w przypadku gatunków kwitnących wczesną wiosną, czyli właśnie szachownic.

Nauka w Polsce, Anna Mikołajczyk-Kłębek

amk/ bar/