Растения предупреждают своих близких родственников о нападении насекомых-вредителей
|
При повреждении листогрызущими насекомыми растения посылают сигнал SOS — выделяют летучие вещества, предупреждающие соседей о возможном нападении. Те в ответ усиливают средства химической защиты, делая свои листья менее привлекательными для вредителей. Но способны ли растения отличать сигналы, посланные ближайшими родственниками, от сигналов, посланных другими, неродственными растениями того же вида? На этот вопрос теперь можно ответить утвердительно. Исследователи из Калифорнийского университета на примере полыни Artemisia tridentata показали, что самая сильная защитная реакция наблюдалась на повреждения растений, относящихся к тому же клону.
Исследования последних лет выявили наличие у растений удивительной системы сигнализации с помощью летучих веществ, которые они выделяют в ответ на повреждение насекомыми. Сигналы эти могут быть адресованы как растениям, так и насекомым.
Например, растения табака (Nicotiana tabacum), погрызенные гусеницами бабочки-совки (Heliothis virescens), образуют летучие вещества, которые привлекают нападающих на этих гусениц наездников (см.: C. M. de Moraes et al. Herbivore-infested plants selectively attract parasitoids // Nature. 1998. V. 393. P. 570–573). Иными словами — растения зовут на помощь врагов своих врагов. Причем происходит это только в дневное время, когда активны наездники. А вот ночью растения табака, поврежденные гусеницами совок, выделяют несколько другие вещества, отпугивающие самок того же вида совок, которые летают рядом в поисках места для откладки яиц. Такое отпугивание лишних нахлебников позволяет ослабить конкуренцию между гусеницами, а заодно и уменьшить вред, наносимый насекомыми растению.
|
Летучие вещества могут выполнять роль и сигналов SOS, с помощью которых погрызенные насекомыми растения предупреждают другие растения о возможной опасности. Получив такой сигнал, растения могут выставить дополнительные эшелоны химической защиты, сделав свои листья менее привлекательными для вредителей. Например, в листьях полыни в ответ на летучие вещества, выделенные соседним поврежденным растением того же вида, повышалась активность фермента полифенолоксидазы. Этот фермент известен тем, что, попав в кишечник насекомого, начинает взаимодействовать с фенольными соединениями (которые всегда содержатся в растительной пище), и в результате этого взаимодействия незаменимые аминокислоты, столь нужные насекомому, становятся для него просто недоступными (см.: R. Karban et al. Herbivore damage to sagebrush induces resistance in wild tobacco: evidence for eavesdropping between plants // Oikos. 2003. V. 100. P. 325-332).
Поскольку эволюция в высшей степени эгоистична — направлена на поддержание своих собственных, а не чужих генов (не зря же Ричард Докинз назвал свою книгу «Эгоистичный ген» (The selfish gene), — предупреждать о грозящей опасности растениям выгодно только своих ближайших родственников. Правда, известно, что растения могут «подслушивать» сигналы, для них не предназначенные, но насколько это явление распространено, говорить пока рано.
|
В статье Ричарда Карбана (Richard Karban) с кафедры энтомологии Калифорнийского университета в Дейвисе (США) и работавшей с ним Каори Шиойири (Kaori Shiojiri) из Центра экологических исследований Киотского университета (Япония) авторы поднимают вопрос о способности растений различать «своих» (то есть близких родственников) и «чужих» по тому, воспринимают ли они сигнал о повреждении, посланный соседним растением. Объектом исследования была полынь трёхзубчатая (Artemisia tridentata) — кустарник (в некоторых местах — полукустарник), широко распространенный в засушливых районах западной части США. Поскольку растение это не размножается естественным «клонированием» (как, например, размножающаяся «усами» земляника), «клоны» пришлось создавать искусственно. Для этого побеги с материнского куста срезали и укореняли в горшках.
Опыты проводили в течение двух полевых сезонов непосредственно в природной обстановке, где росла полынь, — на окраине луга полевой станции Сейджхен Крик (Sagehen Creek, северная часть штата Калифорния) на высоте 1930 м. «Клонированные» растения в горшках выставляли как около материнских кустов (тех самых, от которых были взяты побеги), так и кустов других, неродственных, растений.
Побеги на родственных и неродственных кустах специально повреждали ножницами, имитируя погрызы насекомых. Затем в течении всего лета — с мая по сентябрь — наблюдали, в какой степени подвержены нападению листогрызущих насекомых (главным образом это были представители саранчовых) «клонированные» растения в горшках. Степень повреждения оценивали в конце сезона по количеству объеденных листьев. Контролем служили неповрежденные растения. Другой вариант контроля — это кусты, на которых одни побеги повреждали, а на других оценивали защитную реакцию (тест на самораспознавание).
Предполагалось, что у неповрежденных растений защитной реакции нет. При повреждении же побегов в пределах одного куста должна быть сильная защитная реакции. Реакция укорененных побегов («клонов») на повреждения находящихся рядом кустов, согласно выдвинутой гипотезе, должна быть более сильной в том случае, если клон происходит именно от этого поврежденного растения.
|
Результаты обследования (а опыты повторялись многократно в течение двух полевых сезонов) подтвердили справедливость выдвинутой гипотезы. Растения реагировали на повреждения родственников так же сильно, как на повреждения других побегов в пределах одного куста. Защитная реакция на повреждение неродственных растений тоже была, но существенно более слабая.
Авторы работы замечают, что способность различать родственников при принятии сигналов SOS может быть просто побочным эффектом механизмов, направленных на поддержание целостного ответа одного организма. Исходя из этой логики, сигналы, даваемые поврежденными побегами, адресованы прежде всего другим побегам того же самого растения, но клоны воспринимают их также успешно, просто поскольку очень близки генетически.
Источник: Richard Karban, Kaori Shiojiri. Self-recognition affects plant communication and defense // Ecology Letters. 2009. Published Online: 22 Apr 2009. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2009.01313.x.
Алексей Гиляров
