Между мравката и листната въшка съществува симбиоза. Как мравките и листните въшки взаимодействат помежду си

Ботаници от Мюнхенския университет изследваха еволюцията на симбиозата между мравки и мирмекофилни растения от групата Hydnophytae, които образуват специални тъканни израстъци - доматии, в които се заселват тези насекоми, като в замяна осигуряват хранителни вещества на гостоприемниците. Това взаимноизгодно сътрудничество изглежда първоначално за тази група растения, но е било загубено няколко пъти по време на еволюцията. Резултатите от проучването потвърдиха няколко съществуващи теоретични прогнози. Първо, връщането към несимбиотичен живот се случва само при неспециализирани растения, които не са развили строга връзка с определен вид мравка. На второ място, загубата на симбиоза се случва при условия на ниско изобилие от мравки партньори, а не поради загуба на нужда от нея. Трето, след загубата на връзка с мравките, морфологичната еволюция на доматиите се ускорява, освободена от действието на стабилизиращата селекция, която ги запазва в симбиотични видове.

Взаимноизгодното сътрудничество - мутуализъм - сега често се разглежда от специалистите по коеволюция като един от основните механизми за увеличаване на сложността и поддържане на стабилността на екосистемите. Тук е уместно да припомним симбиозата висши растенияс гъбички (микориза) и азотфиксиращи бактерии, които до голяма степен определят самата възможност за успешно заселване на земята, и огромен брой животни, които усвояват храната с участието на протозои и бактерии. Въпреки че не е толкова близък (сега наричан симбиотичен), както в примерите по-горе, взаимността между растенията и опрашителите, както и между растенията и животните, разпространяващи семена, също е доста важна за функционирането на екосистемите. В крайна сметка митохондриите и хлоропластите, необходими за развитието на сложни многоклетъчни организми, са потомци на бактерии, които окончателно са загубили способността си да живеят свободно и са се превърнали в органели.

Въпреки това, високата скорост на еволюция на размера на входния отвор на доматиума може да се обясни и с факта, че при липса на комуникация с мравките възниква селекция, която благоприятства проникването на по-големи животни вътре. Понастоящем обаче няма доказателства, че тези жители имат полза от растението, въпреки че тази възможност изисква допълнително проучване.

И накрая, авторите показаха, че когато човек се движи в планината, Средната скоростморфологична еволюция на отворите на Domatacian - за да направят това, те разработиха метод, който комбинира данни за филогенеза и разпространение на видовете, което им позволи да получат „карта на морфологичната еволюция“ (фиг. 4).

Това изследване не разкри нищо напълно неочаквано, но това не го прави по-малко ценно. В края на краищата, теоретичните прогнози трябва да бъдат тествани върху „жив“ материал. Авторите имаха късмета да намерят добър обект за изследване. Да се надяваме, че ще последват други подобни произведения, които ще позволят да се разбере колко често се реализират определени сценарии за еволюцията на мутуализма.

Взаимноизгодното сътрудничество - мутуализъм - сега често се разглежда от специалистите по коеволюция като един от основните механизми за увеличаване на сложността и поддържане на стабилността на екосистемите. Тук е уместно да се припомни симбиозата на висшите растения с гъби (микориза) и азотфиксиращи бактерии, които до голяма степен определят самата възможност за успешно заселване на земята, както и огромния брой животни, които усвояват храната с участието на протозои и бактерии . Въпреки че не е толкова близък (сега наричан симбиотичен), както в примерите по-горе, взаимността между растенията и опрашителите, както и между растенията и животните, разпространяващи семена, също е доста важна за функционирането на екосистемите. В крайна сметка митохондриите и хлоропластите, необходими за развитието на сложни многоклетъчни организми, са потомци на бактерии, които окончателно са загубили способността си да живеят свободно и са се превърнали в органели.

Guillaume Chomicki и Susanne S. Renner от университета в Мюнхен решиха да проучат причините за загубата на мутуализма, използвайки примера на симбиоза мравка-растение (вижте Myrmecophytes). Авторите се фокусираха върху растения от подтриба Hydnophytinae, някои от които се използват като декоративни растения от семейство Rubiaceae. Тези епифитни растения, произхождащи от Австралия, осигуряват на мравките място за изграждане на гнезда, като образуват специални кухи структури върху стъблото - доматии, а насекомите снабдяват растенията с хранителни вещества от екскрементите си и "боклука", който носят. Този мутуализъм може да бъде или специализиран, при който един растителен вид се обитава от един определен вид мравки (входът на доматия е точно съобразен с размера на индивида от този вид), или неспециализиран (генерализиран), когато един растителен вид могат да бъдат колонизирани различни видовемравки. В горепосочената група растения има и двата варианта и освен това някои видове изобщо не взаимодействат с мравките (фиг. 1). А общият брой видове (105) осигурява достатъчно материал за проверка на теоретичните прогнози.

1) Загубата на мутуализъм свързана ли е с едно или друго състояние на предците (специализирано или обобщено)?

2) Загубата на мутуализъм свързана ли е със специфични условия на околната среда (например рядкост на мравките или наличие на хранителни вещества)?

3) Загубата на мутуализъм влияе ли на скоростта на еволюция на входа на доматия (докато растението взаимодейства с мравките, стабилизиращата селекция трябва да действа върху тази черта, намалявайки променливостта, но след загубата тя трябва да изчезне).

Авторите са съставили филогенетично дърво, базирано на шест пластидни и ядрени гени (Фиг. 2), секвенирани в 75% от 105-те вида на подплемето, и използвайки два статистически метода (оценка на максимална вероятност, вижте Максимална вероятност и байесов анализ, вижте Байесов анализ заключение) установяват, че противно на техните очаквания, първоначалното състояние за тази група растения е неспециализирана симбиоза, която впоследствие е загубена около 12 пъти (това дърво е само приблизителна реконструкция на действителната еволюционна история, така че получената стойност може да не бъдете точни). За да потвърдят допълнително първоначалното наличие на симбиоза, авторите проведоха филогенетичен анализ, в който изкуствено установиха липсата на симбиоза в общия прародител на всички хиднофити - и този модел изгради дървото значително по-лошо.

Единадесет от дванадесетте случая на изчезване на симбиозата са настъпили в неспециализирани линии. Единственото изключение е родът Anthorrhiza, за който не може да се определи със сигурност прародителското състояние.

17 от 23 вида, които не влизат в симбиоза с мравки, живеят в планините на Нова Гвинея на надморска височина над 1,5 км. Известно е, че разнообразието и изобилието на мравките намалява с изкачването на планините - тази тенденция се наблюдава и на този остров. Нещо повече, при три от тези видове дъждовната вода се натрупва в доматия и живеят жаби (фиг. 1, D), шест вида могат да получат хранителни вещества от почвата, но това важи и за два вида, които поддържат специализирана връзка с мравките. Всички тези факти говорят в полза на хипотезата, че причината за загубата на мутуализма не е загубата на нуждата от него, а липсата на потенциални партньори. Това обяснява и липсата на случаи на загуба на връзка с мравки при специализирани видове: след като са загубили партньор, те просто умират.

Тъй като специализираните мирмекофили сред Hydnophytinae взаимодействат с мравки от два рода от подсемейство Dolichoderinae, открити на различна надморска височина, докато генералистите взаимодействат с повече от 25 несвързани вида, чието разнообразие намалява с надморската височина, авторите предполагат, че ако хипотезата за недостиг на партньори е правилно, и двете са основната причина за загубата на мутуализъм, тогава генералистите трябва да се намират главно на ниски височини, разпределението на специалистите не трябва да зависи от надморската височина, а растенията, които са загубили мутуализъм, трябва да се намират главно в планините. Няколко независими статистически анализа потвърдиха тези очаквания (фиг. 3).

Какво се случва с domatia след загубата на взаимност? Теоретичните прогнози казват, че докато съществува симбиозата, размерът на входа към тях, който позволява на растението да „филтрира“ желаните мравки, е обект на стабилизираща селекция, поддържайки оптималния размер. Освен това сред специалистите тази селекция трябва да е по-силна, тоест скоростта на еволюция трябва да е минимална. И след като растението престане да взаимодейства с мравките, селекцията трябва да отслабне, което ще доведе до увеличаване на скоростта на промяна на тази характеристика.

Размерът на входния отвор в доматия варира значително сред хиднофитите: от милиметър до повече от 5 сантиметра. Анализът на разпределението на тези размери между видовете показа, че много немутуалистични видове имат големи отвори - през тях могат да проникнат големи безгръбначни (хлебарки, стоножки, перипати, паяци, охлюви и пиявици) и дори малки гръбначни (жаби, гекони и сцинкове). в доматията. Получената оценка на скоростта на еволюция на диаметъра на отвора също е в съответствие с хипотезата: за специалисти - 0,01 ± 0,04, за специалисти - 0,04 ± 0,02, за не-мутуалисти - 0,1 ± 0,02 (стойности в произволни единици, cm Д. Л. Рабоски, 2014 г. Автоматично откриване на ключови иновации, промени в скоростта и зависимост от разнообразие от филогенетични дървета).

И накрая, авторите показаха, че средната скорост на морфологична еволюция на отворите на Domatacian се увеличава, когато човек се движи в планините - за да направят това, те разработиха метод, който комбинира данни за филогенеза и разпространение на видовете, което им позволи да получат „карта на морфологичната еволюция ” (фиг. 4).

Източник: G. Chomicki, S. S. Renner. Партньорът контролира стабилността на взаимността на изобилието и скоростта на морфологичната промяна през геоложкото време // PNAS. 2017. Т. 114. бр. 15. С. 3951–3956. DOI: 10.1073/pnas.1616837114.

Сергей Лисенков

Прекрасна симбиоза

Природата около нас понякога демонстрира такива необичайни формисътрудничество между животни и растения, че дори биолозите вдигат ръце от изненада. Една от най-изненадващите прояви на симбиозата е връзката между различните видове тропически мравки и растенията, върху които живеят. За съжаление тук, в умерените ширини, няма да намерите примери за такова съобщество, но в тропиците така наречените мирмекофилни растения са многобройни и разнообразни. Те могат да се отнасят за различни систематични групи, но по екологични съображения често се обединяват под общото наименование „мравешки дървета”. Тези растения буквално осигуряват на обитателите си маса и дом. А мравките от своя страна не само събират различни насекоми вредители от тях, но и ги защитават по-надеждно от тревопасни бозайници, отколкото най-острите и многобройни тръни.

Най-простият пример за такова сътрудничество е връзката между някои южноамериканци мравки и растения от разред бромелиеви(Bromeliales). В заливните гори на Амазонка и нейните притоци нивото на наводненията често се повишава с няколко метра, така че мравките просто не могат да живеят на земята и трябва да си създадат убежища на „горните етажи“ на тропическата гора. Докато няма наводнение, мравките усърдно влачат парчета пръст върху стволовете, които залепват със специални секрети, създавайки солидна основа за гнездото. Заедно с почвата мравките отглеждат семена от различни растения, включително бромелии, които намират благоприятни условия в изграденото от тях висящо гнездо и бързо покълват. Интересно е, че корените им не ги унищожават, а напротив, държат гнездото заедно. Освен това корените на бромелиите покриват ствола на дървото гостоприемник със здрав пръстен, създавайки допълнителна рамка за къщата на мравките. Трябва да се отбележи, че такава симбиоза не е привилегия на бромелиите - други тропически епифити, които често се наричат „ епифити на мравки" Получените структури в резултат на техния растеж са красиво наречени „висящи градини на мравки“.

"Градина на мравки" в тропическите влажни зони на басейна на Амазонка

Втората версия на симбиозата между растения и мравки може да се намери и по бреговете на Амазонка, където растат множество дървета от семейство Melastomataceae. На горната повърхност на листата на много видове от тези дървета, върху техните листни дръжки или върху стъблото под петурата, можете да видите големи отоци - двойни мехурчета, разделени с надлъжна преграда, отварящи се навън с малки дупки. В тези кухи отоци, наречени формикария (от латинската дума Formica - мравка), се заселват малки, но много болезнено хапещи мравки, които в знак на благодарност за предоставения дом защитават растението от различни вредители и най-важното от листореза. мравки, които са способни на "селскостопански" нужди в кратък период от време, за да лишат напълно листата голямо дърво. МестнитеТе също така избягват да докосват растения, които носят „торбички за мравки“, тъй като веднага щом ги разклатите леко, възмутените насекоми излизат от убежищата си и нападат нарушителите.

„Мравешки торбички“ по листата се срещат не само в представители на семейство Melastoma, но и в растения от други групи. Например някои лози от семейство лястовици (Aslepiadaceae) правят отлични къщи от листа. Някои от тях имат заоблени листа, разположени в два реда по стеблото, извити и плътно притиснати към кората на дървото гостоприемник. В пазвите на такива листа се развиват корени, които не само държат здраво листа на място, но и абсорбират влага и хранителни вещества, давайки живот на цялата лоза. Под такива джобни листа се създават отлични условия за живот на мравките, които щастливо се заселват там.

Още по-забавни убежища предоставя на мравките друга лоза от семейството на лястовиците - Рафлезиана (Dischidia rafflesiana), която расте в Югоизточна Азия. Тази лоза обикновено носи два вида листа: месести, закръглени и модифицирани в своеобразни торбички или кани, образувани от листни остриета, сгънати от долната страна и слети по ръба. В обърнатата нагоре основа на такъв лист има доста широк отвор, ограден с гребен, в който влиза силно разклонен въздушен корен. Този корен абсорбира водата, която влиза в каната, и също така служи като отлична стълба за мравките, които често се настаняват в тези забавни естествени палатки.

Много животни наистина имат странни симбиотични взаимоотношения. С прости думиСимбиозата е взаимноизгодна връзка, включваща физически контакт между два организма, които не са от един и същи вид.

Тези взаимоотношения могат да се поддържат, за да осигурят чистота, защита, транспортиране и дори търсене на храна. Понякога обаче има тънка граница между полезните и вредните резултати от симбиозата. Засега нека да разгледаме взаимоотношенията, които са взаимно изгодни за големите и малките организми.

10. Африкански скорец

Учените смятат, че тази връзка е започнала много отдавна, тъй като клюновете на скорците изглежда са предназначени специално за проникване дълбоко в дебелата кожа на техните домакини в търсене на храна. Скорците също издават алармен сигнал, като по този начин предупреждават други птици и техния собственик. Връзката между скорците и техните стопани обаче не винаги е взаимноизгодна.

Скорците обаче не винаги са полезни. Понякога могат да пропуснат кърлежи, ако не са пълни с кръв (главно хранително веществоза домашни птици). В тези случаи скорците ще им позволят да продължат да се хранят с кожата на домакините, докато акарите станат по-привлекателни за скорците.

9. Раци и морски анемонии

„Мога ли да се повозя, пич?“ Така се отнасят с теб в океана морски анемониикъм определени видове раци. Морските анемони пътуват на автостоп на гърбовете на раците отшелници, което им позволява да се издигнат над морското дъно. Когато се хранят, анемоните използват пипалата си, за да грабнат остатъците от храна на раците отшелници.
Но какво получава ракът от тази връзка?

Морска анемона защитава рак отшелник от гладни октоподи. С бодливите пипала на морската анемона на гърба, тя става по-малко привлекателна за хищниците. В допълнение, раците помагат да се борят морски обитатели, в настроение за закуска на морска анемона.

Интересното е, че тези отношения не се развиват случайно. Раците специално ще търсят анемонии, които да поставят на гърба си. Всъщност, когато ракът отшелник сменя черупките, той премахва анемонията с ноктите си и я закача отново на гърба си.

Боксерските раци също участват в симбиотична връзка с морски анемонии, но връзката им е особено интересна. Ракът боксер държи анемоната в ноктите си като боксови ръкавици. Раците боксер могат да използват жилещи пипала морски анемонииза защита от хищници, а анемониите могат да получат допълнителни парченца храна, които събират около дома на раците.

Печелившо за тези два организма.

8. Брадавичкови свине и мангусти

Снимка: popsci.com

Връщайки се в африканската савана, учените от Уганда са станали свидетели на странно приятелство между прасета и мангусти. В Уганда национален паркКралица Елизабет (Национален парк „Кралица Елизабет“ в Уганда) забеляза, че прасетата умишлено лягат на земята, ако срещнат мангуста.

Брадавичковите свине получават услугата за почистване, докато мангустите с остри зъби късат насекоми и особено кърлежи от кожата си. В резултат на това мангустата получава храна и прасето става чисто. В някои случаи, ако е необходимо, няколко мангусти наведнъж ще гризат твърдата кожа на прасе и дори ще се качат на прасе.

7. Чиста риба

Ако рибата-чистач стане твърде агресивна и отхапе твърде много тъкан или слуз, симбиотичната връзка може да бъде прекратена от по-голямата риба-клиент. Най-известните по-чисти риби са губаните, които живеят сред кораловите рифове на Тихия и Индийския океан. Тези риби често носят ярки сини ивици по телата си, което ги прави много видими за повече големи рибикоито се нуждаят от почистване.

6. Крокодил и семец

Снимка: smallscience.hbcse.tifr.res.in

Африканските крокодили имат уникална връзка с птиците. След хранене крокодилът изпълзява до брега на реката, намира уютно място и сяда с широко отворена уста. Това действие сигнализира на малката птица, че може да се покатери в устата на крокодила и да събере малките парчета храна, които остават в зъбите на огромното влечуго.

Plover помагат при почистването на устата на своите огромни клиенти крокодили. Действията на смелата птица помагат за предотвратяване на инфекции на крокодили, които може да причини суровото месо, и премахват насекомите, които пълзят по кожата на крокодила. Така че малките птици получават безплатно хранене, а крокодилът получава безплатен стоматологичен преглед и почистване. Не е зле!

Ако, докато хапва в устата на крокодила, птицата срещне или усети опасност от друго животно, зевзекът издава предупредителен вик и след това отлита. Викът на зърната сигнализира на крокодила да се гмурне във водата и да избяга от всяка потенциална заплаха.

5. Койот и язовец

Снимка: mnn.com

Когато койотите и язовците работят по двойки, те комбинират специфичните си ловни умения, за да увеличат вероятността да хванат плячка. Да, правилно прочетохте, койотите и язовците ловуват заедно!

как става това

По-големият койот преследва плячка през прерии или пасища. Язовецът, от друга страна, се крие в нората на плячка, като земни катерици или прерийни кучета, за да ги грабне, когато се върнат у дома. Така койотът получава плячката, ако се опита да избяга, а язовецът грабва плячката, когато се опитва да се скрие под земята.

Въпреки че само един от хищниците в крайна сметка си тръгва с плячката, много изследвания на тези взаимоотношения показват, че съвместните усилия на тези животни увеличават шансовете за получаване на храна и за двамата. Язовците и койотите ядат едни и същи неща, така че се конкурират помежду си. Хитрите степни кучета обаче не винаги са лесни за улавяне, защото не се отдалечават далеч от своите. Следователно съюзът между язовец и койот помага в лова им.

Някои койоти могат да образуват свободни общности, но повечето са самотни, защото рядко ловуват на глутници. Интересното е, че язовецът е още по-самотно същество, което прави партньорството му с койота още по-странно.

Проучванията показват, че койотите, които си сътрудничат с язовците, улавят една трета повече плячка от койотите, които работят сами. Следващият път, когато отидете на къмпинг, потърсете тези две момчета, които се мотаят заедно.

4. Гоби и раци

Снимка: reed.edu

Изглежда, че попчето и щракащият рак са най-добрите приятели на морското дъно. Като съквартиранти, тези две много различни същества поддържат чиста и ясна симбиотична връзка. Скаридите, които нямат нищо против да живеят с гобитата, копаят дупка, докато рибата пази и защитава скаридите и дупката.

Притежавайки отлично зрение, бикът лесно забелязва хищници и предупреждава малкото ракообразно за опасност, за да може да се скрие. В резултат на това рибата и ракообразното стават съквартиранти, споделяйки една с друга подводна мини-пещера.

Тъй като щракащите раци са предимно слепи, те предупреждават бичето, когато се канят да напуснат дома си, за да намерят храна. След това, докато се движат във водата, скаридите ще докоснат рибата с антените си, за да поддържат контакт. Тъй като щракащият рак живее на плиткото морско дъно, за него е важно да поддържа симбиотична връзка с бичето.

Дори е забелязано, че бичките събират водорасли и други хранителни продукти за своите ракообразни съквартиранти. Гобито също може да донесе водорасли до входа на дупката, така че сляпото ракообразно да може лесно да я достигне. Ако възникне опасност, гобито размахва опашката си като предупреждение.

В замяна на тази защита ракообразните осигуряват дом на бичетата. Гобито също използва безопасността на дупката, за да съблазни партньора си със специален ритуал, който отнема известно време. Изненадващо, повече от 100 вида гоби са наблюдавани в симбиотични взаимоотношения със скариди.

3. Реморас

Remora е риба, която може да достигне 0,30-0,90 метра дължина. Колкото и да е странно, предните им гръбни перки са еволюирали, за да действат като вендузи, разположени на върха на главите им. Това позволява на реморите да се прикрепят към долната част на преминаващите лъчи или акули.

Акулите също са наблюдавани да защитават своите приятели remora, за да получат услуги за почистване. Повечето акули нямат нищо против remoras. Въпреки това лимоновите акули и пясъчните акули могат да бъдат агресивни към тях и понякога биват изядени от тях.

2. Колумбийска лилава тарантула и петниста жужаща жаба

Снимка: scienceblogs.com

Може би една от най-странните симбиотични връзки съществува между петнистата жужаща жаба и колумбийската лилава тарантула, като и двете живеят в Южна Америка. Колумбийската тарантула лесно може да убие и изяде малката петниста жаба, но не иска.

Вместо това голям паякпозволява на малка жаба да сподели дупка с него. И двете същества участват в взаимноизгодни отношения, в който предлага защита на жабата от хищници, а жабата яде мравки, които могат да нападнат или изядат яйцата на тарантулата.

Бяха отбелязани няколко случая, когато паяци грабнаха жаби, но след като ги прегледаха с помощта на устата си, ги пуснаха невредими.

1. Водачи за хора и мед

Снимка: npr.org

Нашият последен пример за симбиоза съществува между Африканска птица, известен като великия водач на меда, и от хора от местно племе в Танзания, наречено хадза. Отговаряйки на отчетлив човешки зов, малката птичка води човека до меда.

Местните хора Хадза използват различни звуци, за да привличат птици, като викове, свирки и дори думи. Точно както хората издават звуци, за да определят местоположението на водача за мед, птицата променя звука си, за да уведоми хората, когато е близо до кошер. Колкото и да е странно, големите водачи на мед не са опитомени или официално обучени.

Така че защо птицата прави всичко възможно, за да помогне на хората?

Оказва се, че медоводителите, като нас, обичат красиво приготвената храна. След като открият кошера, хората от племето се качват на дървото и вземат парчета от пчелната пита. Хадза използват дим, за да изпушат пчелите, за да могат да изрежат пчелни пити от кошера.

След това хората оставят парчета пълни с дим пчелни пити, за да хапнат птиците. Учените вярват, че връзката между африканските племена и водачите на мед датира от хиляди и вероятно милиони години. Въпреки това уникалните звуци, използвани от аборигенските хора, вероятно са еволюирали с времето и варират географски.

$моб_инфо$