Сотрясая хищников: множественные защиты осины действуют синергетически

Растения защищаются от хищников — от насекомых до крупных травоядных млекопитающих. Обычно у них есть не один, а несколько видов защиты. Как растение распределяет эти защиты? Направляет ли оно несколько защитных механизмов на одни и те же ткани или защищает разные ткани по-разному?

Диана Вагнер и её коллеги из Университета Аляски в Фэрбенксе исследовали, как два вида защиты — фенольные гликозиды (прямая химическая защита) и экстрафлоральные нектарники, или ЭФН (непрямая защита) — распределены среди листьев осины дрожащей (Populus tremuloides) на Аляске. Их уникальные результаты, противоречащие всем ожиданиям, опубликованы в апрельском номере American Journal of Botany.

ЭФН, расположенные на черешке у основания листа, привлекают насекомых-хищников, которые потребляют нектар и поедают травоядных насекомых, атакующих растение.

«Выраженность ЭФН у осины необычно изменчива, — отмечает Вагнер. — Некоторые листья на одном растении имеют нектарники, а другие нет, и частота их встречаемости варьирует как внутри, так и между популяциями осины». С другой стороны, как и многие растения, осина направляет больше фенольных гликозидов (прямой химической защиты) на более молодые и уязвимые листья, а по мере их старения концентрация этих соединений снижается.

Авторы предположили, что листья с высокой концентрацией фенольных гликозидов могут не нуждаться в ЭФН, если химикаты напрямую отпугивают травоядных или если эти вторичные соединения присутствуют в самом нектарнике и негативно влияют на насекомых, которых растение пытается привлечь. Они оценили наличие ЭФН и фенольных соединений на листьях с разных позиций побега у коротких и высоких побегов на нескольких участках.

«Мы обнаружили противоположное тому, что ожидали, — сказала Вагнер. — Вместо того чтобы разделять две защиты, растения осины, как правило, экспрессировали обе в одном и том же наборе листьев. Другие листья на растении были защищены относительно слабо — без ЭФН и с концентрациями фенольных гликозидов, слишком низкими, чтобы быть эффективными против основного травоядного в нашем исследовании». Действительно, хотя более короткие побеги и молодые листья имели более высокий уровень фенольных гликозидов, наличие ЭФН неожиданно коррелировало с более высоким уровнем этих соединений, когда контролировались другие факторы (например, положение листа). При этом повреждения от насекомых-минеров не были связаны с наличием ЭФН.

Авторы выдвигают гипотезу, что листья с ЭФН могут нуждаться в более высоком уровне химической защиты, потому что они могут привлекать травоядных, пьющих нектар, которые также могут откладывать яйца на листья. Однако ЭФН могут обеспечивать диффузную форму непрямой защиты, распространяющуюся на все листья, привлекая хищников травоядных на побег осины в целом.

«Наше исследование показывает, что экспрессия биотических защит, таких как ЭФН, может изменяться совместно с экспрессией других типов защиты, по крайней мере, внутри особей, — заключает Вагнер. — Я думаю, что самый важный вывод исследования заключается в том, что естественные корреляции между экспрессией ЭФН и уровнем травоядности могут быть обусловлены коррелированными защитными признаками. Для разделения эффектов этих коррелированных признаков необходимы экспериментальные подходы».