В природе растения ведут нескончаемую борьбу за то, чтобы их не съели. Неспособные убежать, виды растений развили защитные механизмы, отпугивающие травоядных; у них есть колючки, они производят неприятные химические вещества или растут жесткие листья, которые трудно жевать. В течение многих лет ученые предполагали, что травоядные и растения вовлечены в эволюционную конкуренцию, в которой растение вырабатывает защиту, травоядное вырабатывает обходной путь и так далее..
Новое исследование, проведенное Университетом штата Юта, бросает вызов этой парадигме эволюционной гонки вооружений.
Исследование проанализировало несколько видов Inga, рода тропических деревьев, производящих защитные химические вещества, и их различных травоядных насекомых. Исследователи обнаружили, что у близкородственных растений развились очень разные защитные черты. Кроме того, их анализ показал, что травоядные могут управлять эволюцией защиты растений, но могут не демонстрировать коэволюционную адаптацию. Вместо этого они могут «преследовать» растения, основываясь на собственных чертах травоядных, когда сталкиваются с новым хозяином.
Предыдущие исследования были сосредоточены в первую очередь на истории эволюции как хозяев, так и травоядных, чтобы понять совместную эволюцию. Это одно из первых и наиболее обширных исследований, которое вместо этого сосредоточилось на характеристиках защитных свойств растений посредством полевых и лабораторных анализов химических веществ против травоядных. Включив в свой анализ различные типы защиты растений, авторы смогли выяснить, как разные группы травоядных выбирают хозяев на основе защитных признаков.
"Это позволяет нам задать важный вопрос: родство растений или их черты более важны для определения того, какими видами растений может питаться конкретное травоядное животное?" сказал старший автор Томас Курсар, профессор кафедры биологии Смитсоновского института тропических исследований в Панаме. «Оказывается, ответ заключается в том, что черты растений важнее».
Результаты ставят под сомнение некоторые закономерности, предлагаемые современной парадигмой совместной эволюции растений и травоядных. Авторы предлагают альтернативную гипотезу; в то время как защита растений может развиваться быстро из-за отбора травоядных, травоядные могут развиваться медленнее. Травоядные, как правило, сохраняют те же приспособления к видам растений, которые они могут потреблять. Вместо того, чтобы развивать новые черты, травоядные могут «преследовать», отслеживать или переключать хозяев в зависимости от защиты хозяина.
Эволюционные сюрпризы
Выводы исследования удивили исследователей двумя способами. Во-первых, естественный отбор видов, различающихся по защите, оказался более мощным, чем ожидалось.
Если растение может выработать новую или отличную от своих родственников или соседей защиту, оно будет подвергаться меньшему количеству атак и иметь более высокую вероятность выживания, что приводит к удивительному результату, что родственники и соседи резко различаются по защите, - говорит соавтор Филлис Коли, выдающийся профессор кафедры биологии Университета США и исследовательский филиал Смитсоновского института тропических исследований в Панаме.
«Тот факт, что существует эта асимметрия в эволюционных взаимодействиях, удивителен», - добавляет ведущий автор Мария Хосе Эндара, научный сотрудник Университета Юты и ассоциированный исследователь Индоамериканского технологического университета в Эквадоре. «Травоядные выбирают расхождение в химической защите у хозяев инга. Однако их взаимодействие с деревьями инга может не привести к расхождению черт, определяющих то, как они выбирают хозяина. Таким образом, мы не видим ожидаемой жесткой коэволюционной гонки вооружений.."