Хотя вы можете не думать о муравьях как о грозных телохранителях, некоторые из них проделывают впечатляющую работу по защите растений от врагов. Теперь ученые из Университета Торонто (U of T) определили, что делает одних телохранителей лучшими, чем других.
Изучая отношения между растением тропических лесов Амазонки Cordia nodosa в Перу и амазонским муравьем Allomerus octoarticulatus, они обнаружили, что степень экспрессии двух генов у муравьев значительно влияет на степень защиты, которую они обеспечивают своим хозяевам.
Взаимоотношения муравей-растение являются примером явления в природе, известного как мутуализм, при котором два, казалось бы, несопоставимых вида взаимодействуют взаимовыгодным образом для обоих. Двумя распространенными примерами мутуализма являются опыление и распространение семян, оба из которых включают растения, привлекающие животных, которые выполняют важную услугу, предлагая им пищевое вознаграждение. Однако черты мутуализма различаются у разных животных и видов.
«Около 400 видов тропических растений развили специализированные структуры, называемые доматией, для размещения колоний муравьев, которые защищают их, в основном от травоядных насекомых», - говорит Меган Фредериксон, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета штата Техас. и старший автор нового исследования, опубликованного в Proceedings of the Royal Society B. «Поскольку в тропических лесах обитает очень много древесных муравьев, тропические деревья часто полностью покрыты муравьями».
Фредериксон предполагает, что эти доматии, которые дают муравьям дом, вероятно, эволюционировали, потому что они привлекают муравьев, которые отгоняют травоядных от растений.
«Изучаемое нами растение подвергается нападению кузнечиков, жуков и гусениц, и хотя эти насекомые маленькие, они могут нанести большой вред деревьям», - сказала она. «А так как муравьи едят много насекомых и других членистоногих, они уменьшают плотность таких травоядных на деревьях».
Исследователи сосредоточились на двух генах Allomerus octoarticulatus, которые регулируют поведение при поиске пищи, зная, что то, как животное добывает пищу, часто определяет, какую пользу получает его растение-партнер. Работая в полевых условиях в перуанской Амазонии, они кормили несколько колоний химическим веществом, повышающим активность продуктов генов, и наблюдали, как оно меняет поведение муравьев. Затем они собрали муравьев и привезли их в Торонто для молекулярного анализа.
«Мы обнаружили, что, когда мы активировали продукты этих двух муравьиных генов, для нападения на травоядных было привлечено больше рабочих, что привело к меньшему повреждению деревьев», - сказал Фредериксон.«Экспрессия генов у рабочих муравьев также коррелировала с тем, обнаружила ли муравьиная колония кузнечика, и какой ущерб был нанесен листьям».
Результаты указывают на молекулярную основу для защиты растений от муравьев в этом мутуализме. Раньше мало что было известно о генах или молекулярных механизмах, которые делают одних муравьев лучшими телохранителями, чем других. Фредериксон и ее коллеги предполагают, что это исследование может когда-нибудь помочь нам понять, что делает некоторых животных лучшими опылителями или распространителями семян, хотя они предупреждают, что генетически модифицированные животные для этих экосистемных услуг могут иметь непредвиденные последствия.
Выводы представлены в статье «Мутуализм муравьев и растений через призму генов цГМФ-зависимой киназы» в выпуске Proceedings of the Royal Society B от 13 сентября. Исследование финансируется Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC) и Канадским институтом перспективных исследований (CIFAR).