Изучая взаимосвязь между растением тропических лесов Амазонки Cordia nodosa в Перу и амазонским муравьем Allomerus octoarticulatus, они обнаружили, что степень экспрессии двух генов муравьями существенно влияет на степень защиты, которую они обеспечивают своим хозяевам.Взаимоотношения муравьев и растений — это пример явления в природе, известного как мутуализм, при котором два, казалось бы, несопоставимых вида взаимодействуют взаимовыгодным образом. Двумя распространенными примерами мутуализма являются опыление и распространение семян, и оба они связаны с привлечением растений к животным, 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», — сказала Меган Фредериксон, доцент кафедры экологии. Эволюционная биология в Университете штата Калифорния 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 доматы, которые дают муравьям дом, вероятно, эволюционировали, потому что они привлекают муравьев, которые удерживают травоядных от растений.
«Изученное нами растение подвергается нападению кузнечиков, жуков и гусениц, и, хотя эти насекомые маленькие, они могут нанести большой ущерб деревьям», — сказала она. «А поскольку муравьи едят много насекомых и других членистоногих, они уменьшают плотность таких травоядных на деревьях».Исследователи сосредоточили внимание на двух генах Allomerus octoarticulatus, которые регулируют пищевое поведение, зная, что то, как животное добывает себе пищу, часто определяет, какую пользу получает его растительный партнер. Работая в полевых условиях в перуанской Амазонии, они скормили некоторым колониям химическое вещество, которое увеличивает активность продуктов генов, и наблюдали, как это меняет поведение муравьев.
Затем они собрали муравьев и привезли их обратно в Торонто для молекулярного анализа.«Мы обнаружили, что когда мы активировали продукты этих двух генов муравьев, для нападения на травоядных было привлечено больше рабочих, что привело к меньшему ущербу для деревьев», — сказал Фредериксон. «Экспрессия генов у рабочих муравьев также коррелировала с тем, обнаружила ли колония муравьев кузнечика, и сколько повреждений было нанесено листьям».
Результаты предполагают молекулярную основу муравьиной защиты растений в этом мутуализме. Раньше было мало что 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 рассеивателями семян, хотя они предупреждают, что генетическая инженерия животных для этих экосистемных услуг может иметь непредвиденные последствия.
Результаты представлены в статье «Мутуализм муравьев через призму цГМФ-зависимых киназных генов» в выпуске журнала Proceedings of the Royal Society B от 13 сентября. Исследование финансируется Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям.
Канады (NSERC) и Канадский институт перспективных исследований (CIFAR).