В спорте иногда игроку приходится брать его за команду. То же самое можно сказать и о растительном мире, где снижение индивидуального роста может принести пользу более широкому сообществу.
Выводы Пола Глаума из Мичиганского университета и Андре Кесслера из Корнельского университета помогают объяснить устойчивость некоторых растительных сообществ, когда теория предсказывает, что они должны вымереть. Публикация работы запланирована на 11 декабря в Nature Communications.
«Мы рассмотрели, как сигналы химической защиты от растений, предназначенные для отпугивания травоядных, могут также отпугивать опылителей», - сказал Глаум, докторант факультета экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс.«Удивительный результат модели заключается в том, что, хотя это может привести к потере приспособленности для отдельных особей, эффект популяции может быть положительным для опылителей и растений при некоторых обстоятельствах».
Многие растения, в том числе дикорастущие томаты, использованные в этом исследовании, производят химические соединения для отпугивания насекомых-вредителей и других голодных травоядных. Но те же химические средства защиты могут уменьшить количество посещений растения опылителями, такими как пчелы, что приведет к меньшему опылению отдельных растений и замедлению роста.
«Биологи ломали голову над тем, как такой дорогостоящий защитный механизм может поддерживаться в этих популяциях растений», - сказал Глаум. «Как будет сохраняться популяция растений при такой стратегии?»
Глаум и Кесслер разработали компьютерную модель, показывающую, что снижение роста отдельных растений может принести пользу общей популяции и устойчивости сообщества, косвенно контролируя рост популяции травоядных. Результаты вводят механизмы устойчивости в сообществах, которые ранее считались склонными к исчезновению в теоретических моделях.
Помидоры и другие растения производят репеллентные химические вещества, называемые летучими органическими соединениями, в ответ на нападения травоядных. Присутствие этих так называемых травоядных летучих органических соединений может сделать растение менее привлекательным для опылителей, что может уменьшить отложение пыльцы и негативно повлиять на отдельные растения, эффект, известный как ограничение опылителей, вызванное травоядными животными.
Предыдущие исследования по моделированию рассматривали прямое влияние травоядных на сообщество, состоящее из трех видов: цветковых растений, опылителей и травоядных. Некоторые из этих исследований предсказывали вымирание, потому что растущие популяции травоядных уменьшат количество растений, ограничив ресурсы, доступные опылителям. В ответ популяция опылителей сократится, что снизит воспроизводство растений.
Нисходящая спираль
Но Глаум и Кесслер пришли к другому выводу, когда они включили ограничение опылителей, вызванное травоядными (HIPL), в свою модель, что позволило им изучить более широкое, более косвенное влияние травоядных на устойчивость популяции растений и динамику сообщества.
«Мы показываем, что включение таких механизмов, как HIPL, в модели создает потенциал для неожиданных эффектов на уровне популяции и сообщества, которые могут снизить тенденцию к вымиранию и фактически поддерживать устойчивость сообщества», - написали они..
Моделирование показывает, что высвобождение защитных химических соединений, вызванное травоядными, ограничивает рост популяций как опылителей, так и цветковых растений, тем самым временно и косвенно ограничивая рост популяций травоядных и предотвращая вымирание.
Глаум и Кесслер создали модель, используя данные серии полевых экспериментов на тихоокеанском склоне перуанских Анд, проведенных Кесслером и его сотрудниками с использованием диких видов томатов Solanum peruvianum. Это растение подвергается нападению разнообразных травоядных насекомых и опыляется дикими пчелами.
Исследователи измерили как выделение летучих органических соединений, индуцированных травоядными (HI-VOCs), дикими растениями томата, так и посещение опылителей на разных уровнях травоядности, чтобы определить, как опыление пчел изменяется в зависимости от количества травоядных. испытывает растение.
В полевых условиях было обнаружено, что травоядные растения томатов значительно снижают количество посещений опылителей из-за выброса HI-VOC. Тем не менее, модельное исследование показало, что взаимовыгодные отношения между цветущим растением томата и пчелами-опылителями, а также системой в целом, могут сохраняться благодаря более высокому уровню травоядности, чем исследователи считали ранее..