Знаете ли вы, почему солдаты перестали носить кольчуги и доспехи из стальных пластин? Эволюция.
Действительно, оружие заставило армию отказаться от стальных перчаток и нагрудников. Пули, которые могли пробить броню, быстро сделали ее устаревшей. Итак, армии эволюционировали от доспехов, потому что они больше не работали и не было смысла тратить на них ресурсы. Как говорится, «адаптируйся или умри».
Новое исследование, проведенное Академией естественных наук Университета Дрекселя, показывает, что растения аналогичным образом адаптируются, избавляясь от устаревших средств защиты.
Исследование, опубликованное в журнале New Phytologist под руководством Татьяны Лившульц, доктора наук, помощника куратора кафедры ботаники в Академии и доцента Колледжа искусств и наук, обнаружило генетические доказательства того, что многочисленные линии растений, предки которых произвел химическое вещество, которое может отпугнуть травоядных, эволюционировав, чтобы прекратить его производство, возможно, в ответ на иммунитет главного врага.
Лившульц и ее команда проследили эволюцию гена, который участвует в производстве класса химических веществ, очень токсичных для человека и других млекопитающих, называемых пирролизидиновыми алкалоидами, у Apocynaceae, семейства цветковых растений, широко известного как собачьи и молочайные сорняки. Проследив ген назад, они смогли выяснить, когда производство химических веществ впервые возникло и сколько раз оно прекращалось.
После определения единственного происхождения гена (и, следовательно, химических веществ) у самого недавнего общего предка более чем 75 процентов нынешних видов Apocynaceae, исследователи обнаружили доказательства того, что ген стал нефункциональным (и химические вещества, «потерянные» эволюцией) по крайней мере четыре раза среди потомков этого растения.
В поисках корреляции между распределением гена в растениях и взаимодействием с животными, которых не беспокоят защитные алкалоиды, Лившульц и ее команда обнаружили существенную связь с бабочками Danainae (молочай и яснокрылая).
Почти каждый вид Apocynaceae, поедаемый личинками Danainae, происходит от предка, производящего алкалоиды. Зная, что большинство видов этой линии бабочек на самом деле ищут пирролизидиновые алкалоиды, кажется, что некоторые виды этой ветви Apocynaceae, возможно, перестали производить алкалоиды, потому что они фактически привлекали бабочек молочая, а не отталкивали их.
"Пирролизидиновые алкалоиды, вероятно, являются неэффективной защитой от данаин. Более того, они на самом деле полезны для них, поскольку они принимают эти химические вещества для собственной защиты от хищников", - объяснил Лившульц.
Эти результаты подтверждают гипотезу «деэскалации защиты», которая утверждает, что организмы будут эволюционировать, чтобы перестать использовать драгоценные ресурсы для защитных механизмов, если они больше не работают.
Одним из преимуществ деэскалации обороны является потенциальное отвлечение ресурсов на защиту, которая действительно работает.
«Виды Apocynaceae этой линии производят ряд различных классов защитных химических веществ, включая карденолиды и другие типы алкалоидов», - объяснил Лившульц. «Было показано, что карденолиды, по крайней мере, частично эффективны в защите от адаптированных травоядных, таких как бабочка-монарх, наиболее знакомый американцам вид данайских».
Почему некоторые виды Apocynaceae до сих пор производят пирролизидиновые алкалоиды? - «Возможно, потому, что они больше страдают от других насекомых, которых отпугивают эти химические вещества», - предположил Лившульц.
Livshultz и ее коллеги будут дополнительно проверять гипотезу, реконструируя очень подробную историю закономерностей удержания и потери пирролизидиновых алкалоидов в этой линии, и задаваться вопросом, является ли эксплуатация Данаина хорошим предиктором потери.
Лучшее понимание динамики деэскалации защиты важно для понимания коэволюции, теории, согласно которой ассоциированные виды управляют адаптацией друг друга.
«Коэволюция объясняет, как взаимодействие между видами может привести к возникновению новизны и разнообразия», - сказал Лившульц.
Кроме того, последствия этих теорий распространяются не только на растения, но и на человека.
Понимание эволюции защиты растений имеет практическое значение для людей, независимо от того, занимаемся ли мы сельским хозяйством - травоядные насекомые могут вызвать снижение урожайности на 15 процентов; медицина - вторичные метаболиты растений (пирролизидиновые алкалоиды - одна из разновидностей) являются важный источник лекарственных соединений или защита окружающей среды - например, разработка стратегий борьбы с инвазивными растениями», - сказал Лившульц.