Папоротники и цветы подкупают полезных муравьев-защитников нектаром, но у папоротников эта способность развилась гораздо позже – наше исследование показывает почему

Присмотритесь к растению в местном парке, саду или даже на кухне, и вы, скорее всего, заметите некоторые повреждения.Независимо от того, отгрызла ли гусеница часть листа или мучнистый червец высасывает сок, животные постоянно питаются растениями.

Конечно, травоядность, или хищничество растений, не идеальна для выживания растений.Таким образом, растения выработали множество различных защитных механизмов для подавления этой угрозы, включая физическое и химическое оружие.Например, кактусы снабжают свое тело прокалывающими кожу шипами.Такие травы, как мята, лаванда и розмарин, выделяют летучие ароматические соединения, которые помогают отпугивать травоядных животных.

Другие растения прибегают к подкупу личных телохранителей, выделяя густой сладкий нектар.

Нектар чаще всего ассоциируется с цветами, где его используют, чтобы побудить пчел, птиц или бабочек перенести пыльцу с одного цветка на другой.Но другие растения производят другие типы нектарных желез, называемые внецветочные нектарники.Растения производят эти железы, чтобы подкупить муравьев сладкой наградой;в свою очередь муравьи будут защищать растение от травоядных насекомых.

Я учусь эволюционная биология растений, и недавно работал с биолог папоротников Фэй-Вэй Ли в Институт Бойса Томпсона и Корнельский университет биолог-муравей Корри Моро изучить эволюцию защитных механизмов против подкупа у растений.

Мы обнаружили кое-что поразительное:почти 130 миллионов лет назад, в меловой геологический период, папоротники и цветковые растения примерно в одно и то же время независимо развились муравьиные нектарные железы.Мы выяснили это, используя сложные алгоритмы для оценки эволюционного происхождения и истории папоротников, цветковых растений и муравьев.

Это время весьма интересно, потому что оно было на очень ранней стадии эволюции цветковых растений, но довольно поздно в Эволюционная история папоротника.Наша работа продемонстрировала, что старые собаки могут научиться некоторым новым трюкам – и, что еще важнее, как это произошло с папоротниками.

Встреча над землей

Растения являются основными производителями почти всех продуктов питания на Земле, поэтому выживание практически всех живых существ зависит от них.По этой причине травоядность является частью жизни.Но это также создает серьезные затраты для многих отраслей промышленности, от домашних растений до сельскохозяйственных культур.Крупные вспышки вредителей может даже угрожать глобальной продовольственной безопасности.

По всем этим причинам понимание того, как растения защищаются от хищников, является важной задачей.

Эволюция защитных стратегий, опосредованных муравьями, неумолимо связала две линии передачи в царстве жизни.Это означало, что муравьи и растения в конечном итоге эволюционировали вместе. процесс, называемый коэволюцией.Когда один вид меняется, другой может измениться в ответ, и эти изменения могут даже закодироваться в их генах.

Цветковые растения возникли в меловой период, около 150 миллионов лет назад, и наш анализ показал, что они уже на раннем этапе сформировали тесные связи с муравьями.Эти цветущие растения и их партнеры-муравьи, по-видимому, со временем эволюционировали вместе.

Но папоротники этого не сделали.Хотя у них был потенциал для развития нектарников одновременно с цветущими растениями, они не начали развивать нектарники быстрыми темпами, пока не научились жить среди деревьев.

Первоначально папоротники были наземными растениями, но после цветения растения превратились в большие деревья. прыгали на их ветки как эпифиты – растения, растущие на других растениях, часто без прикрепления к земле.

Папоротники также могут взбираться по деревьям, как плющ, или образовывать собственные стволы. древовидные папоротники.Это также помогло папоротникам проникнуть в крону.

Меня как биолога папоротников смутил тот факт, что папоротники начали производить нектар для муравьев только после того, как они перебрались на деревья.Так было до тех пор, пока мой соавтор Корри Моро отметил, что большинство муравьев живут на верхушках деревьев.

Это имело смысл.Когда папоротники стали обитателями кроны деревьев, они начали сближаться с муравьями, которые уже были связаны с нектароносными деревьями.Смешавшись с этими муравьями, папоротники в конечном итоге включились в установившиеся взаимовыгодные отношения между муравьями и цветковыми растениями.

Эволюция и экология взаимоотношений папоротника и муравья

Хотя наше исследование открыло новые аспекты анти-опосредованной защиты растений, оно оставило многие вопросы без ответа.Например, специализируются ли некоторые муравьи на папоротниках или они являются универсалами, способными питаться нектаром более широкого спектра растений?Как именно растения изначально развили физическую способность производить внецветочный нектар?Одинаковы ли гены, кодирующие развитие нектарников, у папоротников и цветковых растений?Одинаков ли химический состав нектара папоротника и цветущих растений?

Наше исследование закладывает основу для дальнейших исследований эволюции и экологии этих нектарников.Это важная фундаментальная наука.Также возможно, что исследования в этой области могут способствовать программам селекции, которые способствуют защите от муравьев, опосредованной нектарниками, уменьшая потребность в пестицидах для защиты растений от хищников.