Многие виды муравьев часто живут в очень специфических симбиотических отношениях с растениями, от которых выигрывают оба партнера. Исследователи из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене обнаружили, что такие избирательные взаимодействия могут нарушаться в процессе эволюции.
В верхних частях деревьев в тропических лесах трудно найти питательные вещества. Многие эпифитные растения решают эту проблему, образуя с муравьями симбиотические отношения, то есть отношения, предполагающие тесное и длительное совместное проживание двух видов. Растения обеспечивают своих партнеров-насекомых убежищем и запасом нектара, а муравьи в ответ служат источником удобрения - в виде фекалий. Понимание того, как возникают, развиваются и распадаются эти симбиозы, дает представление об экологических и эволюционных факторах, лежащих в основе биотической адаптации. Биологи LMU профессор Сюзанна Реннер и доктор Гийом Хомицки рассмотрели вопрос, при каких условиях отношения муравей/растение разрушаются, а не сохраняются и развиваются дальше. Их выводы опубликованы в журнале PNAS.
Покрытосеменные семейства Rubiaceae содержат самое большое разнообразие муравьиных растений, и новое исследование было сосредоточено на растениях подтрибы Hydnophytinae, из которых около 100 видов встречаются в Юго-Восточной Азии и Австралазии. Эти эпифиты образуют полые клубни, известные как доматии, с предварительно сформированными входными отверстиями, которые дают доступ к сети галерей, обеспечивающих муравьям защищенное гнездовое пространство. У некоторых видов обитает только один конкретный вид муравьев, и их собственное выживание может зависеть от этого симбиотического партнера. Другие виды-хозяева являются универсальными и дают дома представителям различных родов муравьев. Селективные фильтры для конкретных муравьев, вероятно, связаны с химическими сигналами, но ключевым фактором, определяющим, может ли клубень служить муравейником, является диаметр его входных отверстий, который определяется и характерен для вида растения-хозяина. Очень узкие входы не позволяют поселиться всем потенциальным жильцам, кроме муравьев. Domatia, оснащенная большими порталами, предлагает менее эксклюзивное жилое пространство, поскольку они открыты для более широкого круга арендаторов, включая более крупных животных, таких как древесные лягушки.
Реннер и Хомицки измерили размеры порталов у большого набора видов Hydnophytinae и проанализировали их мутуалистические стратегии. Они также воспользовались молекулярными часами (которые позволяют датировать случаи дивергенции видов на основе количества мутаций, накопленных с течением времени), чтобы реконструировать эволюционную историю вида-хозяина. Результаты показали, что «за последние несколько миллионов лет партнерские отношения между эпифитами и муравьями нарушались как минимум 12 раз», - говорит Реннер.«Этот вывод основан на наблюдении, что доматии эволюционно более старых видов имеют меньшие входные отверстия, чем у некоторых производных от них видов».
Удивительно, но исследователи отметили, что виды Hydnophytinae, которые растут на высоте более 1500 метров, имеют тенденцию образовывать доматии с большими отверстиями для доступа. «На самом деле, чем выше высота, тем больше входные отверстия, - говорит Реннер, - в то время как количество обитающих там муравьев уменьшается с увеличением высоты». И разнообразие, и численность популяций тропических видов муравьев уменьшаются с высотой. Поэтому Реннер и Хомицки предполагают, что изменение размера отверстий для доступа с высотой представляет собой адаптивную реакцию на изменение состава потенциальных арендаторов. Это, в свою очередь, указывает на то, что симбиозы с муравьями разрушаются, когда партнер-растение начинает эксплуатировать экологические ниши, расположенные на больших высотах. Кроме того, сама способность колонизировать новые места обитания подразумевает, что хозяин не полностью зависит от услуг, предоставляемых его партнером-муравьем.