シダと花は、役に立つアリの防御者に蜜を与えますが、シダがこの能力を発達させたのはずっと後です – 私たちの研究はその理由を示しています

地元の公園、庭、キッチンにある植物をよく見てみると、何らかの損傷があることがわかります。毛虫が葉の一部を噛み砕いても、コナカイガラムシが樹液を吸っていても、動物は絶えず植物を食べています。

もちろん、草食、つまり植物の捕食は植物の生存にとって理想的なものではありません。そのため、植物は物理兵器や化学兵器を含め、この脅威を阻止するためにさまざまな防御機構を進化させてきました。たとえば、サボテンは皮膚を貫通する棘で体を武装させています。ミント、ラベンダー、ローズマリーなどのハーブは、草食動物を阻止するのに役立つ揮発性の香りの化合物を生成します。

他の植物は、濃厚で甘い蜜を分泌することで個人のボディーガードに賄賂を贈ろうとしています。

蜜は最も一般的に花と関連付けられており、ミツバチ、鳥、蝶を誘惑して花粉をある花から別の花に移動させるために使用されます。しかし、他の植物は、と呼ばれる異なる種類の蜜腺を生成します。 花外蜜腺. 。植物はアリに甘い報酬を与えるためにこれらの腺を生成します。その代わりに、アリは昆虫の草食動物から植物を守ります。

私は勉強します 植物進化生物学, 、最近一緒に仕事をしました シダ生物学者フェイウェイ・リー で ボイス・トンプソン研究所 とコーネル大学 アリ生物学者コリー・モロー 植物におけるアリの賄賂防御機構の進化を調べること。

驚くべきものを見つけました。約1億3000万年前の白亜紀の地質時代には、シダと顕花植物が生息していました。 ほぼ同時に、アリを賄う蜜腺を独立して進化させた. 。私たちは、複雑なアルゴリズムを使用して、シダ、顕花植物、アリの進化的起源と歴史を推定することで、これを解明しました。

このタイミングは非常に興味深いものです。なぜなら、それは顕花植物の進化の歴史では非常に初期だったのですが、進化の歴史ではかなり遅かったからです。 シダの進化の歴史. 。私たちの研究は、年老いた犬がいくつかの新しい技を学ぶことができること、そしてさらに重要なことに、それがシダでどのように起こったのかを実証しました。

地上での打ち合わせ

植物は地球上のほぼすべての食料供給の主な生産者であるため、事実上すべての生き物は生存のために植物に依存しています。このため、草食は生活の一部となっています。しかし、それはまた、観葉植物から農作物に至るまで、多くの産業に深刻なコストをもたらします。大規模な害虫の発生 世界の食糧安全保障を脅かす可能性さえある.

これらすべての理由から、植物がどのようにして捕食者から身を守るかを理解することは重要な課題です。

アリを介した防御戦略の進化により、生命界の 2 つの系統が容赦なく結びつきました。それは、アリと植物が最終的には一緒に進化することを意味しました。 共進化と呼ばれるプロセス. 。一方の種が変化すると、他方の種もそれに応じて変化する可能性があり、これらの変化は遺伝子にコード化されることもあります。

開花植物は約 1 億 5,000 万年前の白亜紀に誕生しましたが、私たちの分析により、それらが早い段階でアリと密接な関係を形成したことが実証されました。これらの開花植物とそのパートナーのアリは、時間をかけて一緒に進化したようです。

しかしシダはそうではなかった。彼らは開花植物と同時に蜜腺を発達させる可能性を持っていましたが、木々の中で生きることを学ぶまでは、急速に蜜腺を発達させ始めませんでした。

シダはもともと陸生の植物でしたが、開花植物が大木に進化した後、 着生植物として枝に飛び乗った – 地面に付着せずに他の植物に着生する植物。

シダもツタと同じように木に登ったり、場合によっては独自の幹を作ることもできます。 木生シダ. 。これはシダが樹冠に侵入するのにも役立ちました。

シダが木の上に上がるまでアリのために蜜を作り始めなかったという事実は、シダ生物学者である私を困惑させました。私の共著者まではそうでした コリー・モロー ほとんどのアリは木のてっぺんに住んでいることを指摘しました。

これは完全に理にかなっています。シダが樹冠に生息するようになるにつれて、すでに蜜を運ぶ木と結びついていたアリに近づくようになりました。これらのアリに混じって、シダ植物は最終的にアリと顕花植物の間に確立された互恵関係を利用するようになりました。

シダとアリの関係の進化と生態

私たちの研究はアリを介した植物防御の新たな側面を発見しましたが、多くの疑問は未解決のまま残されました。たとえば、一部のアリはシダ植物に特化しているのでしょうか、それともより広範囲の植物の蜜を食べることができる万能のアリなのでしょうか？植物はそもそも、花以外の蜜を生産する物理的能力をどのようにして獲得したのでしょうか?蜜腺の発達をコードする遺伝子はシダ植物と顕花植物で同じですか?シダと花の蜜の化学的性質は同じですか?

私たちの研究は、これらの蜜腺の進化と生態に関するさらなる研究の基礎を築きます。これは重要な基礎科学です。この分野の研究は、蜜腺を介したアリの防御を促進し、植物を捕食者から守るための殺虫剤の必要性を減らす繁殖プログラムに貢献する可能性も考えられます。