Новые идеи в понимании важного экологического вопроса
Растения-хозяева помогают поддерживать мир между склонными к убийству соседями внутри муравьиных растений. Учёные, изучающие муравьиные растения на Фиджи, обнаружили один из способов, с помощью которого растение-хозяин может поддерживать мир среди жителей, которые в противном случае могли бы убить друг друга.
Предоставляя отдельные камеры внутри постепенно увеличивающегося клубня — каждая камера с входным отверстием снаружи, но без связи с любой соседней камерой — растение Squamellaria предотвращает конфликты между различными видами муравьёв, которые его кормят и считают домом.
Новое исследование из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Даремского университета в Великобритании опубликовано в журнале Science.
«Наше исследование показывает, что одним из решений является разделение по отделам», — сказал Гийом Шомицки из Дарема, первый автор исследования. «Важность разделения по отделам очевидна из смертельных конфликтов, вспыхивающих, когда перегородка между отдельными видами муравьёв, живущими в соседних отсеках, удаляется».
«Но это не ради блага муравьёв, что эти растения развили эти отсеки — нет, это ради их собственного блага. Потому что чем больше муравьёв живёт внутри клубня, тем больше питательных веществ для растения», — сказал он.
Симбиотические отношения и конфликты
В биологии симбиотические отношения, или симбиоз, — это тесное и долгосрочное взаимодействие между двумя разными видами. Когда эти отношения взаимовыгодны, их называют мутуализмом. Многие симбиозы включают в себя один вид-хозяин, имеющий несколько партнёров-мутуалистов. Однако теория предсказывает, что несвязанные партнёры могут привести к дестабилизирующим конфликтам из-за конкуренции за ресурсы хозяина.
В случае со Squamellaria Шомицки и Реннер ранее сообщали о том, как некоторые специализированные муравьи активно выращивают Squamellaria — высаживая её семена и удобряя саженцы своими фекалиями — а затем обустраивают гнёзда в домиках (полых камерах), которые образуются на каждом растении вскоре после разворачивания его семядолей. Только после того, как муравьи вставляют семя в щель в коре, Squamellaria может начать прорастать.
В случае с Squamellaria Шомицки и Реннер ранее сообщали о том, как некоторые специализированные муравьи активно выращивают Squamellaria — высаживая её семена и удобряя саженцы своими фекалиями — и затем обустраивают гнёзда в домиках (hollow chambers), которые образуются на каждом растении вскоре после разворачивания его семядолей. Только после того, как муравьи вставляют семя в щель в коре, Squamellaria может начать прорастать.
Деятельность муравьёв по выращиванию растений имеет важное значение для выживания растения, поскольку оно является эпифитом, растущим на ветвях деревьев тропического леса, и не имеет другого способа закрепиться в кроне тропического леса.
Во время полевой экскурсии в 2014 году на вершинах деревьев в заповеднике Waisali Rainforest Reserve Шомицки обнаружил растение Squamellaria, которое показало ещё более сложный набор взаимодействий.
«Когда я препарировал это растение (Squamellaria wilkinsonii), у которого был домик диаметром около 8 дюймов, я был очень удивлён, увидев две колонии муравьёв, живущих внутри него», — сказал он.
«Моя первая мысль была о парабиозе, особом типе симбиотической ассоциации, когда два вида муравьёв гнездятся вместе. Но гнёзда были полностью разделены, что вызывало недоумение».
Это наблюдение стало толчком для его нового исследования с Реннер. Вместе они описывают серию экспериментов, призванных выяснить, как растение позволяет более чем одному виду муравьёв жить внутри своих полых камер.
«Удаление перегородок между двумя «апартаментами» с помощью анатомического ножа — тем самым помещая в прямой физический контакт разные колонии муравьёв — привело к немедленному конфликту, в котором рабочие сражаются насмерть», — сказал Шомицки.
Учёные подсчитали количество конфликтов между рабочими муравьями соответствующих видов в течение 25-минутного периода после удаления перегородок. Они зафиксировали высокую смертность рабочих в обеих колониях муравьёв, которые ранее жили в отдельных отсеках.
Новое исследование включало эксперименты по кормлению, которые показали, что растения получают питательные преимущества от нескольких видов муравьёв, живущих внутри их отсеков. В исследовании также использовался метод компьютерной томографии, который редко применялся к растениям.
«Сканирование было ключевым в открытии разделения по отделам домиков», — сказала Реннер. «Просто препарируя домики, невозможно определить, какие камеры соединены с какими, а какие изолированы. Это открытие произошло при построении 3D-моделей на основе данных компьютерной томографии».
Результаты показывают механизм снижения конфликтов, который позволяет хозяевам использовать в своих интересах несколько несвязанных симбионтов, сказали Реннер и Шомицки.
«Уникальность Squamellaria заключается в том, что мы можем напрямую визуализировать то, что теория давно предсказала — что несвязанные партнёры будут конфликтовать, конкурируя за ресурсы хозяина», — сказала Реннер.
«Но здесь у нас также есть простая, высокоэффективная эволюционная стратегия для смягчения этих конфликтов: разделение по отделам. Таким образом, несмотря на свою уникальность, эти симбиозы Squamellaria и муравьёв проливают свет на старую, общую проблему в экологии и эволюции взаимодействий видов».
Предоставлено Вашингтонским университетом в Сент-Луисе.