Леденцы с побочным эффектом: Сладкое предложение растения выдает гусениц хищным муравьям
Трихомы, волосовидные выросты на листьях, являются частью защиты растения от травоядных: они могут быть препятствием, ловушкой или резервуаром для токсичных веществ. Волоски дикого табака Nicotiana attenuata содержат в основном ацилированные сахара, состоящие из обычного сахара сахарозы, связанной с разветвленными алифатическими кислотами — соединениями, которые придают характерный запах детской рвоте. Крошечные, только что вылупившиеся гусеницы поедают эти сладкие выделения.
Однако потребление сахаристых выделений из растительных волосков имеет для насекомых нежелательные побочные эффекты: у гусениц развивается характерный запах тела, как и у их фекалий. Исследователи из Института Макса Планка обнаружили, что муравьи распознают запах тела гусеницы и используют алифатические кислоты, выделяемые гусеницами после поедания ацилированных сахаров, для обнаружения добычи. Эти хищные муравьи находят крошечных личинок на растениях и уносят их в свои гнезда, чтобы накормить потомство и сородичей. Таким образом, растения используют ацилированные сахара не только как липкие ловушки против тлей, листоблошек или паутинных клещей; они также могут искусно использовать их, чтобы пометить прожорливых гусениц характерным запахом, который делает их легкой добычей (PNAS Early Edition, 25–29 апреля 2011 г., DOI: 10.1073/pnas.1101306108).
Зная, что трихомы должны быть защитными структурами, наполненными ядами и липкими веществами, исследователи были удивлены, наблюдая, как только что вылупившиеся личинки табачного бражника (Manduca sexta), а также личинки двух видов Spodoptera, не просто начали питаться тканью листа дикого табака Nicotiana attenuata; они напрямую потребляли волоски на листьях и их содержимое. Причина такого поведения, вероятно, в том, что трихомы содержат большое количество сахарозы, связанной с жирными кислотами. Эта диета богата калориями, и личинки процветают; токсического эффекта обнаружить не удалось.
Однако, когда аспирант Александр Вайнхольд изучил животных и их выделения, он обнаружил, что их запаховый профиль значительно изменился после переваривания сладких выделений трихом: тела и выделения личинок испаряли в воздух четыре летучие разветвленные алифатические кислоты; в течение двух часов можно было измерить значительное количество — 0,03 миллиграмма, выделенное фекалиями. Химический анализ показал, что эти алифатические кислоты в средней кишке личинок происходят из ацилированных сахаров, которые личинки потребили с трихомами.
«Мы были практически уверены, что летучие жирные кислоты привлекут хищников, таких как клопы рода Geocoris, которые будут питаться личинками и яйцами Manduca», — говорит Болдуин. Но контрольные эксперименты, включавшие Nicotiana glauca — вид, полностью лишенный трихом на листьях, — не подтвердили значительного увеличения количества клопов. Однако крошечные личинки на листьях, дополнительно «надушенных» разветвленными алифатическими кислотами, становились более легкой добычей для хищников, хотя было неясно, кто именно нападает. Ученые заподозрили многочисленные виды муравьев, которых много в среде обитания в Юте.
Чтобы проверить реакцию различных видов муравьев, обитающих в естественной среде Nicotiana attenuata, на разветвленные алифатические кислоты, Иэн Болдуин разложил вареные зерна риса, помеченные 0,03 миллиграмма летучих жирных кислот — точно такое количество, которое было измерено в выделениях личинок. Результат: муравьи из пяти разных гнезд целенаправленно направлялись к зернам риса и уносили их. Муравьи принадлежали к виду Pogonomyrmex rugosus; они питаются семенами растений, а также цикадами и мелкими гусеницами. В дальнейших обширных экспериментах, призванных исключить влияние визуальных особенностей личинок, Болдуин использовал свежие и нагретые (= свободные от алифатических кислот) фекалии, а также «парфюм» из алифатических кислот и тем самым продемонстрировал, что муравьи реагируют именно на запах алифатических кислот от молодых личинок — запах с роковыми последствиями для травоядных.
Ученые предполагают, что растения дикого табака обманывают своих врагов, предоставляя вкусные молекулы сахара с разветвленными алифатическими кислотами. Этот трюк полезен для растений, потому что он выдает травоядных их собственным врагам. Запланированные эксперименты проверят, является ли эта молекулярная стратегия «косвенной защитой» в экологическом смысле. Эти исследования будут включать трансгенные растения, которые больше не могут производить ацилированные сахара в своих трихомах.