Ботаники из Мюнхенского университета изучили эволюцию симбиоза между муравьями и мирмекофильными растениями из группы Гиднофитовых, образующих специальные разрастания тканей — домации, в которых селятся эти насекомые, предоставляя взамен хозяевам питательные вещества. Это взаимовыгодное сотрудничество, как оказалось, является исходным для этой группы растений, но в ходе эволюции несколько раз утрачивалось. Результаты исследования подтвердили несколько существовавших теоретических предсказаний. Во-первых, возврат к несимбиотической жизни происходит только у неспециализированных растений, не развивших строгой связи с конкретным видом муравьев. Во-вторых, утрата симбиоза происходит в условиях низкого обилия партнеров-муравьев, а не за счет утраты потребности в нем. В-третьих, после утраты связи с муравьями ускоряется морфологическая эволюция домациев, освобожденных от действия стабилизирующего отбора, сохраняющего их у симбиотических видов.

Рис. 1. Примеры гиднофитовых, использующих разные экологические стратегии. B — Squamellaria wilkinsonii, неспециализированный мирмекофит с о. Фиджи. C — Myrmecodia alata, специализированный мирмекофит с индонезийской части Новой Гвинеи. D — Hydnophytum myrtifolium, вид из горных районов Папуа-Новой Гвинеи, не связанный с муравьями, но накапливающий в домациях дождевую воду, в которой размножаются лягушки Cophixalus riparius. На изображениях D–I показано разнообразие входных отверстий в домациях гиднофитовых. E, F — Squamellaria wilsonii с крошечными отверстиями, подходящими по размеру под муравья-партнера Philidris nagasau (о. Фиджи). F — такое отверстие крупным планом. G — Myrmecodia tuberosa, специализированный мирмекофит, Папуа-Новая Гвинея. H — неописанный вид рода Hydnophytum, Папуа-Новая Гвинея. I — яйца эндемичного для острова Эспириту-Санту (Вануату) геккона Lepidodactylus buleli внутри домация Squamellaria vanuatuensis. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Взаимовыгодное сотрудничество — мутуализм — сейчас часто рассматривается специалистами по коэволюции как один из основных механизмов усложнения и поддержания устойчивости экосистем. Здесь уместно вспомнить симбиоз высших растений с грибами (микориза) и азотфиксирующими бактериями, во многом определивший саму возможность успешного заселения суши, и огромное количество животных, переваривающих пищу с участием простейших и бактерий. Не такой тесный (его сейчас называют симбиотическим), как в приведенных выше примерах, мутуализм растений и опылителей, а также растений и распространяющих семена животных также весьма важен для функционирования экосистем. В конце концов, митохондрии и хлоропласты, необходимые для развития сложных многоклеточных организмов, суть потомки бактерий, окончательно утратившие способность к свободной жизни и ставшие органеллами.

Но мутуализм может не только возникать, но и утрачиваться. Если два вида жизненно необходимы друг для друга, то вымирание одного из партнеров обязательно приводит к вымиранию другого. Если же мутуализм не настолько специализированный, то один из партнеров может пережить вымирание другого. Однако такое взаимодействие, согласно теоретическим исследованиям, может тоже оказаться неустойчивым, исчезнув либо из-за редкости одного из партнеров, либо из-за перехода одного из них к паразитизму (мутуализм держится на соотношении затрат и преимуществ каждого из партнеров, а отбор часто может способствовать сокращению затрат при сохранении преимуществ, что может привести к тому, что один партнер начнет эксплуатировать другого, не давая ничего взамен), либо если один из партнеров перестает нуждаться в другом, попав в новую среду (например, клубеньковые бактерии оказываются ненужными на богатых азотом почвах). Однако эти результаты теоретической коэволюционной биологии имеют мало эмпирической поддержки — во многом по причине того, что известно довольно мало подходящих систем партнерств, многократно терявших и приобретавших мутуализм.

Гийом Хомицки (Guillaume Chomicki) и Сюзанна Реннер (Susanne S. Renner) из Университета Мюнхена решили исследовать причины утраты мутуализма на примере симбиоза муравьев и растений (см. Мирмекофиты). Авторы остановились на растениях из подтрибы Гиднофитовые (Hydnophytinae; некоторые из них используются в качестве декоративных) семейства Мареновые (Rubiaceae). Эти произрастающие в Австралазии растения-эпифиты предоставляют муравьям место для постройки гнезд, образуя на стебле особые полые структуры — домации, а насекомые снабжают растения питательными веществами из своих экскрементов и принесенного «мусора». Этот мутуализм может быть как специализированным, при котором один вид растения населяется одним конкретным видом муравьев (вход в домации оказывается точно подстроенным под размеры особи этого вида), так и неспециализированным (генерализованным), когда один вид растений может заселяться разными видами муравьев. В вышеупомянутой группе растений есть оба этих варианта и, кроме того, некоторые виды вообще не вступают во взаимоотношения с муравьями (рис. 1). А общее число видов (105) дает достаточный материал для проверки теоретических предсказаний.

Подробнее об исследовании на elementy.ru

Источник: Елементы