Пройдитесь по дубовой роще в конце лета или осенью, и вы заметите листья, усыпанные аккуратными маленькими сферами, также известными как галлы. Каждая из них – это построенная растением "комната", обернутая вокруг молодой осы.
Личинка находится внутри, пока дуб наращивает стенки. Когда листья опадают, многие из этих галлов оказываются на земле, и именно тогда проявляется неожиданное партнерство, пишет Earth.
Определенные муравьи относятся к некоторым из этих галлов так же, как к семенам, за которые полагается небольшая плата в виде еды. Они несут галлы домой, откусывают "закуску" и оставляют внутреннюю камеру нетронутой.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания и Университета штата Нью-Йорк раскрыли ранее неизвестное взаимодействие насекомое-растение-насе Насекомое.
Эта странная привычка открывает окно в мир природы, показывая, как сигналы формируют поведение, как развиваются симбиотические отношения между видами и как разные организмы могут приходить к одинаковым уловкам.
Юный Хьюго, муравьи и галлы
Однажды летним днем 8-летний Хьюго Динс заметил скопление крошечных сфер размером с дробинку рядом с муравьиным гнездом под поваленным бревном у себя на заднем дворе. Он предположил, что это какие-то семена, потому что именно так они и выглядели.
Но его отец, Эндрю Динс – профессор энтомологии в Университете штата Пенсильвания – мгновенно узнал в них дубовые галлы, необычные растительные наросты, вызванные насекомыми.
Чего он не понял сразу, так это того, что эти маленькие галлы были ключами к удивительно сложным отношениям между муравьями, осами и дубами.
"Я думал, что это семена, и очень обрадовался, потому что не знал, что муравьи собирают семена. Я всегда думал, что муравьи едят остатки еды и всякое такое по дому, – объяснил Хьюго, которому сейчас 13 лет. – Затем я обрадовался еще больше, когда папа сказал мне, что это галлы, потому что он сам был в восторге. Я удивился, что муравьи собирают галлы, потому что зачем им это делать?"
Это открытие должно было перевернуть вековые представления о том, как взаимодействуют растения и насекомые.
Как работает мирмекохория
Биологи используют слово мирмекохория для обозначения простого обмена между растениями и муравьями. Это слово означает "распространение семян муравьями". Многие семена имеют жировое приложение, называемое элайосомой.
Муравьи тащат семя в свое гнездо, откусывают элайосому для пропитания и выбрасывают чистое семя в безопасном месте. Растение получает транспорт и подходящее место для прорастания; муравьи получают калории.
"В мирмекохории муравьи получают немного питательных веществ, когда поедают элайосомы, а растения получают возможность распространить свои семена в свободное от врагов пространство, – пояснил профессор Динс. – Это явление впервые задокументировали более 100 лет назад, и его обычно преподают студентам-биологам как пример взаимодействия растения и насекомого".
Исследователи увидели ту же схему с дубовыми галлами, созданными двумя видами цинипидных ос – Kokkocynips rileyi и Kokkocynips decidua. Их галлы располагаются на срединных жилках красного дуба и имеют бледную шляпку.
Они назвали эту шляпку "kapéllo", от греческого слова, означающего "шапка". На снимках крупным планом видно, как муравьи хватают kapéllo и уносят галл, пока личинка ждет внутри.
Изучение муравьев, галлов и семян
Динс и его команда запустили исследование в лесу штата Нью-Йорк, чтобы проверить, ценят ли муравьи галлы так же, как настоящие семена, распространяемые насекомыми. Они расставили на земле небольшие тарелки с двумя видами "приманки": десятью семенами сангвинарии и десятью галлами K. rileyi.
Обычный в тех местах распространитель семян, муравей Aphaenogaster picea, прибыл и сработал быстро. Примерно за полтора часа муравьи унесли галлы примерно с той же скоростью, что и семена.
Вернувшись в лабораторию, исследователи поместили небольшие группы рабочих особей Aphaenogaster в чашки Петри и представили им как семена, так и галлы, фиксируя каждое движение. Они подсчитали касания усиками, проверки челюстями и случаи переноски.
Муравьи проявили сопоставимый интерес к обоим предметам. Когда они работали с галлами, они в основном хватались за kapéllo; когда работали с семенами, часто хватались за элайосому.
Какие галлы муравьям нравятся больше всего
Второй лабораторный тест исследовал источник привлекательности на примере K. decidua. В каждой чашке одновременно предлагались четыре варианта: целые галлы K. decidua, тела галлов K. decidua с удаленной шляпкой-kapéllo, отдельно шляпка и галлы другого вида ос, у которых никогда не образуется kapéllo.
Муравьи практически игнорировали голые тела галлов и неродственные контрольные галлы. Они сосредоточились на изолированных шляпках и на целых галлах, на которых все еще были надеты их "шапки". Эта закономерность прямо указывает на то, что приманкой служит именно kapéllo.
Муравьи следуют скорее химии, чем внешнему виду. Предыдущие работы по элайосомам показали, что несколько свободных жирных кислот действуют как сигналы "подними меня и неси", причем основную роль часто играют олеиновая, пальмитиновая и стеариновая кислоты.
В этом исследовании команда проанализировала шляпки-kapéllo, остальную часть галла, а также элайосомы и семена двух видов растений. Они сосредоточились на свободных жирных кислотах, так как именно эти молекулы обычно отвечают за распознавание.
Газовая хроматография показала, что шляпки содержат многие из тех же жирных кислот, что и элайосомы, включая лауриновую, пальмитиновую, олеиновую и стеариновую кислоты.
В целом состав жирных кислот в kapéllo оказался гораздо больше похож на элайосому, чем на обычную ткань галла или ткань семени. Это химическое совпадение помогает объяснить, почему муравьи относятся к шляпкам-kapéllo как к элайосомам.
Как это помогает осам
Микроскопические срезы добавили еще один нюанс. Шляпка и тело галла различаются по окрашиванию – признак того, что ткани содержат разные соединения. По мере созревания галла граница между kapéllo и остальной его частью сильно одревесневает.
Лигнин делает этот шов жестким и создает встроенную линию разлома, чтобы шляпка могла отделиться от тела галла, точно так же, как элайосомы отделяются от семян. Форма соответствует функции.
В совокупности – поведение, химия и анатомия – доказательства указывают на конвергенцию. Растения развили элайосомы на семенах. Палочники развили капитулы на своих яйцах.
Эти осы развили шляпки-kapéllo на дубовых галлах, манипулируя ростом растения. В каждом случае небольшое жировое приложение перехватывает управление поведением муравьев и превращает их в бесплатный транспорт и охрану.
В отличие от семян, взрослые осы умеют летать, поэтому расстояние не является главным преимуществом. Вероятный приз – это защита. Муравьиные гнезда находятся под землей, защищены химически и наполнены антимикробными веществами, которые муравьи используют для поддержания здоровья.
Галл, оказавшийся в гнезде, может спастись от птиц, грызунов и паразитических ос, которые обыскивают лесную подстилку. Он также может избежать воздействия грибков, процветающих снаружи, или противостоять им.
Муравьи, галлы, осы и дубы
Семена, распространяемые муравьями, составляют лишь малую часть растительного разнообразия, но дубовые галлы могут устилать лесную подстилку ковром. В некоторых местах их исторически использовали в качестве корма для скота.
Такой объем предполагает скрытый поток "распространения" при посредничестве муравьев, который включает в себя не только семена. Если муравьи реагируют на специфические химические сигналы, то любой организм – растительный или животный – способный вынести нужные молекулы на поверхность, может войти в транспортную сеть.
Это тройное взаимодействие – дубы, осы, муравьи – может формировать микросреды обитания способами, которые мы обычно не учитываем.
Перемещение галлов под землю меняет пути перемещения питательных веществ и потенциальных патогенов, а также места, где крошечные хищники и паразиты находят добычу. Это даже меняет места контакта микробов с тканями растений.
Этими сдвигами управляют нейрохимические сигналы, и маленькой шляпки с правильной химией достаточно, чтобы запустить всю цепь в движение.
Этот невероятный природный процесс существовал всегда, скрываясь у всех на виду, но потребовалось любопытство 8-летнего мальчика, чтобы это заметить и тем самым навсегда изменить учебники биологии.
Ранее УНИАН сообщал, что одна из рыб выдает разряд 800 вольт - и не вредит себе.
