Ученые: томаты превратили поедавших их гусениц в каннибалов

Последствия одного из самых продолжительных конфликтов в истории Земли, между растениями и травоядными животными, который идет уже свыше 350 миллионов лет.

Биологи из Университета Висконсин (США) обнаружили, что естественная защитная реакция томатов в ответ на повреждение приводит к усилению каннибализма среди гусениц, которые кормятся на этих растениях. Под действием растительных гормонов — производных жасминовой кислоты — томаты вырабатывают токсины, и вредителям не остается ничего другого, как питаться друг другом. Исследование в виде краткого сообщения опубликовано в журнале Nature Ecology&Evolution.

Ученые: Томаты выделяют вещества, заставляя гусениц-вредителей пожирать друг друга

Иллюстрация зависимости скорости каннибализма от концентрации метилжасмоната (MeJA) | Orrock et al / Nature Ecology & Evolution 2017

Чтобы защитить урожай от вредителей, фермеры обрабатывают растения гербицидами, однако у растений есть и собственные защитные механизмы, которые успешно срабатывают, если вредителей не слишком много. Компоненты слюны насекомых служат сигналом для растений к выработке защитных летучих веществ.

Эти вещества могут выполнять разные функции: непосредственно отпугивать вредителей, привлекать хищников (например, ос), которые очистят растение от гусениц, или стимулировать выработку токсинов, которые делают растение несъедобным.

Примером таких естественных гербицидов служат производные жасминовой кислоты, которые вырабатываются в присутствии вредителей и стимулируют выработку в листьях ингибиторов протеаз. Эти вещества белковой природы блокируют пищеварительный процесс у насекомых и, таким образом, существенно снижают питательную ценность листьев. Однако гусеницы могут временно пережить потерю кормовой базы — в отсутствие листьев они просто начинают поедать друг друга.

Авторы работы предположили, что растения используют эту особенность поведения гусениц как защитную стратегию и проверили гипотезу на примере томатов и гусениц малой совки (Spodoptera exigua). Трехнедельные растения искусственно обрабатывали тремя разными концентрациями метилжасмоната — эфира жасминовой кислоты, который томаты используют как сигнал к развертыванию обороны против гусениц.

На каждое растение после обработки подсаживали восемь гусениц — такого количества было бы достаточно, чтобы съесть все листья, пока растение не успело среагировать самостоятельно. В течение нескольких дней исследователи контролировали количество листьев и количество гусениц на растениях.

Оказалось, что при высоких концентрациях метилжасмоната гусеницы куда менее охотно ели листья томатов — количество оставшейся биомассы в четыре раза превышало количество листьев на контрольных растениях, которые ничем не обрабатывали. Вследствие этого на обработанных растениях гусеницы начинали заниматься каннибализмом гораздо раньше (хотя к концу эксперимента через неделю гусеницы везде съедали друг друга, как следует из приведенного графика).

Хотя растения, как говорилось выше, изобрели разные способы расправляться с вредителями, гипотеза о том, что защитные механизмы могут стимулировать каннибализм, ранее не высказывалась. Растения выигрывают от этого дважды: сохраняют биомассу, делая ее невкусной, и снижают количество вредителей в результате того, что те поедают друг друга.

Подобная стратегия поведения устраивала и вредителей, и растения – последние избавлялись от нахлебников и уменьшали их общую численность, а первые переходили с низкокалорийного и ядовитого корма на более «качественный» источник калорий. Это проявлялось в том, что гусеницы-«каннибалы» росли гораздо быстрее, чем их сородичи, которые питались листьями помидоров в одиночестве и не могли перейти на «мясную» диету.

По мнению ученых, дополнительным «бонусом» от подобной стратегии борьбы с вредителями для растений является то, что поедая друг друга, гусеницы могут способствовать разносу опасных для них вирусов и бактерий. Это будет дополнительно сокращать их популяцию и защищать растения от съедения.

Наличие подобных «плюсов» от каннибализма для растений, говорит о том, что они могут целенаправленно эволюционировать в сторону выработки химических сигналов, которые «перепрограммируют» травоядных насекомых и заставляют их становиться каннибалами. Наличие подобных систем следует учитывать и при изучении эволюции насекомых и растений, и при выработке методов защиты урожая от вредителей.

Исследование может иметь и прикладной смысл — для защиты от вредителей вместо синтетических гербицидов можно использовать растительные гормоны.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.