Як взаємодіють між собою мурахи і тля. Як взаємодіють між собою мурахи і тля Крокодил і зуйок

Ботаніки з Мюнхенського університету вивчили еволюцію симбіозу між мурахами і мірмекофільних рослинами з групи Гіднофітових, що утворюють спеціальні розростання тканин - домаціі, в яких селяться ці комахи, надаючи натомість господарям поживні речовини. Це взаємовигідна співпраця, як виявилося, є вихідним для цієї групи рослин, але в ході еволюції кілька разів втрачалося. Результати дослідження підтвердили кілька існували теоретичних передбачень. По-перше, повернення до несімбіотіческой життя відбувається тільки у неспеціалізованих рослин, які не розвинули строгого зв'язку з конкретним видом мурах. По-друге, втрата симбіозу відбувається в умовах низького достатку партнерів-мурах, а не за рахунок втрати потреби в ньому. По-третє, після втрати зв'язку з мурахами прискорюється морфологічна еволюція домаціев, звільнених від дії стабілізуючого відбору, що зберігає їх у симбіотичних видів.

Взаємовигідна співпраця - мутуалізмом - зараз часто розглядається фахівцями з коеволюції як один з основних механізмів ускладнення і підтримки стійкості екосистем. Тут доречно згадати симбіоз вищих рослин з грибами (мікориза) і азотфиксирующими бактеріями, багато в чому визначив саму можливість успішного заселення суші, і величезна кількість тварин, переварює їжу за участю найпростіших і бактерій. Не такий тісний (його зараз називають симбіотичних), як в наведених вище прикладах, мутуалізмом рослин і запилювачів, а також рослин і поширюють насіння тварин також дуже важливий для функціонування екосистем. Зрештою, мітохондрії і хлоропласти, необхідні для розвитку складних багатоклітинних організмів, суть нащадки бактерій, остаточно втратили здатність до вільного життя і стали органеллами.

Гійом Хомицький (Guillaume Chomicki) і Сюзанна Реннер (Susanne S. Renner) з Університету Мюнхена вирішили дослідити причини втрати мутуалізму на прикладі симбіозу мурах і рослин (див. Мірмекофіти). Автори зупинилися на рослинах з підтриби Гіднофітовие (Hydnophytinae; деякі з них використовуються в якості декоративних) сімейства Маренові (Rubiaceae). Ці виростають в Австралазії рослини-епіфіти надають мурашкам місце для побудови гнізд, утворюючи на стеблі особливі порожнисті структури - домаціі, а комахи забезпечують рослини поживними речовинами зі своїх екскрементів і принесеного «сміття». Цей мутуалізмом може бути як спеціалізованим, при якому один вид рослини населяється одним конкретним видом мурах (вхід в домаціі виявляється точно підстроєним під розміри особини цього виду), так і неспеціалізованих (генералізований), коли один вид рослин може заселятися різними видами мурах. У вищезгаданій групі рослин є обидва ці варіанти і, крім того, деякі види взагалі не вступають у взаємини з мурахами (рис. 1). А загальне число видів (105) дає достатній матеріал для перевірки теоретичних передбачень.

1) чи асоційовані втрата мутуалізму з тим чи іншим предковим станом (спеціалізованим або генералізованим)?

2) чи асоційовані втрата мутуалізму з тими чи іншими екологічними умовами (наприклад, рідкістю мурах або доступністю поживних речовин)?

3) Чи впливає втрата мутуалізму на темпи еволюції входу в домаціі (поки рослина взаємодіє з мурахами, на цей ознака повинен діяти стабілізуючий відбір, який скорочує мінливість, після ж втрати він повинен зникнути).

Автори склали філіпченкове древо на підставі шести пластідних і ядерних генів (рис. 2), отсеквенірованних у 75% з 105 видів підтриби, і за допомогою двох статистичних методів (оцінки максимальної правдоподібності, см. Maximum likelihood і байєсівського аналізу, см. Bayesian inference) виявили, що, на відміну від їх очікувань, вихідним станом для цієї групи рослин виявився неспеціалізований симбіоз, згодом втрачений близько 12 раз (це дерево є тільки наближеною реконструкцією реально еволюційної історії, тому отримане значення може бути неточним). Щоб додатково підтвердити вихідне наявність симбіозу, автори провели філогенетичний аналіз, в якому штучно задали відсутність симбіозу у загального предка всіх гіднофітових - і ця модель істотно гірше будувала дерево.

Одинадцять з дванадцяти випадків зникнення симбіозу відбулися в неспеціалізованих лініях. Єдиний виняток - рід Anthorrhiza, у якого предковое стан не вдалося встановити з упевненістю.

17 з 23 видів, які не беруть симбіоз з мурахами, живуть в горах Нової Гвінеї на висоті більше 1,5 км. Відомо, що з підйомом в гори знижується різноманітність і велика кількість мурах - цей тренд спостерігається і на цьому острові. При цьому у трьох з цих видів в домаціях накопичується дощова вода і живуть жаби (рис. 1, D), шість видів можуть отримувати поживні речовини з грунту, але це вірно і для двох видів, що зберігають спеціалізовану зв'язок з мурахами. Всі ці факти говорять на користь гіпотези про те, що причиною втрати мутуалізму виявляється не втрата необхідності в ньому, а нестача потенційних партнерів. Тут знаходить пояснення і відсутність випадків втрати зв'язку з мурахами у спеціалізованих видів: втративши партнера, вони просто вимирають.

Так як спеціалізовані мірмекофіли серед Hydnophytinae взаємодіють з мурахами двох пологів з підродини Dolichoderinae, що зустрічаються на різних висотах, в той час як генералісти - з більш ніж 25 несумісними видами, чиє різноманітність падає з висотою, автори припустили, що якщо вірна гіпотеза про брак партнерів як головну причину втрати мутуалізму, то генералісти повинні зустрічатися переважно на низьких висотах, поширення фахівців не повинно залежати від висоти, а рослини, що втратили мутуалізмом - в основному в горах. Кілька незалежних статистичних аналізів підтвердили ці очікування (рис. 3).

Що ж відбувається з домаціямі після втрати мутуалізму? Теоретичні передбачення говорять, що, поки симбіоз існує, на розмір входу в них, який дозволяє рослині «фільтрувати» потрібних мурах, діє стабілізуючий відбір, що підтримує оптимальний розмір. Причому у фахівців цей відбір повинен бути сильніше, тобто швидкість еволюції повинні бути мінімальною. А після того, як рослина перестало взаємодіяти з мурахами, відбір повинен ослабнути, що призведе до збільшення швидкості зміни цієї ознаки.

Розмір вхідного отвору в домаціі значно варіює у гіднофітових: від міліметра до більш ніж 5 сантиметрів. Аналіз розподілу цих розмірів між видами показав, що багато немутуалістіческіе види мають великі отвори - через них в домаціі можуть проникати великі безхребетні (таргани, багатоніжки, періпатуси, павуки, слимаки і п'явки) і навіть дрібні хребетні (жаби, гекони і сцинки). Отримана оцінка темпів еволюції діаметра отвору також узгоджується з гіпотезою: у фахівців - 0,01 ± 0,04, у генералистов - 0,04 ± 0,02, у немутуалістов - 0,1 ± 0,02 (значення в умовних одиницях, см . DL Rabosky, 2014. Automatic Detection of Key Innovations, Rate Shifts, and Diversity-Dependence on Phylogenetic Trees).

Однак високу швидкість еволюції розміру вхідного отвору домація можна пояснити і тим, що під час відсутності зв'язку з мурахами виникає відбір, котрий сприяє проникненню всередину більших тварин. Втім, поки що невідомі свідоцтва того, що ці мешканці приносять рослині користь, хоча ця можливість вимагає подальшого вивчення.

Нарешті, автори показали, що в міру просування в гори збільшується середня швидкість морфологічної еволюції отворів домаціев - для цього вони розробили метод, що з'єднує дані по філогенії і поширенню видів, що дозволило їм отримати «карту морфологічної еволюції» (рис. 4).

Це дослідження не відкрило чогось зовсім несподіваного, але від того не стає менш цінним. Адже теоретичні передбачення повинні перевірятися на «живому» матеріалі. Авторам пощастило знайти вдалий об'єкт для дослідження. Будемо сподіватися, що далі послідують і інші подібні роботи, які дозволять зрозуміти, наскільки часто реалізуються ті чи інші сценарії еволюції мутуалізму.

джерело: G. Chomicki, S. S. Renner. Partner abundance controls mutualism stability and the pace of morphological change over geologic time // PNAS. 2017. V. 114. No. 15. P. 3951-3956. DOI: 10.1073 / pnas.1616837114.

Сергій Лисенков

Ботаніки з Мюнхенського університету вивчили еволюцію симбіозу між мурахами і мірмекофільних рослинами з групи Гіднофітових, що утворюють спеціальні розростання тканин - домаціі, в яких селяться ці комахи, надаючи натомість господарям поживні речовини. Це взаємовигідна співпраця, як виявилося, є вихідним для цієї групи рослин, але в ході еволюції кілька разів втрачалося. Результати дослідження підтвердили кілька існували теоретичних передбачень. По-перше, повернення до несімбіотіческой життя відбувається тільки у неспеціалізованих рослин, які не розвинули строгого зв'язку з конкретним видом мурах. По-друге, втрата симбіозу відбувається в умовах низького достатку партнерів-мурах, а не за рахунок втрати потреби в ньому. По-третє, після втрати зв'язку з мурахами прискорюється морфологічна еволюція домаціев, звільнених від дії стабілізуючого відбору, що зберігає їх у симбіотичних видів.

Взаємовигідна співпраця - мутуалізмом - зараз часто розглядається фахівцями з коеволюції як один з основних механізмів ускладнення і підтримки стійкості екосистем. Тут доречно згадати симбіоз вищих рослин з грибами (мікориза) і азотфиксирующими бактеріями, багато в чому визначив саму можливість успішного заселення суші, і величезна кількість тварин, переварює їжу за участю найпростіших і бактерій. Не такий тісний (його зараз називають симбіотичних), як в наведених вище прикладах, мутуалізмом рослин і запилювачів, а також рослин і поширюють насіння тварин також дуже важливий для функціонування екосистем. Зрештою, мітохондрії і хлоропласти, необхідні для розвитку складних багатоклітинних організмів, суть нащадки бактерій, остаточно втратили здатність до вільного життя і стали органеллами.

Однак високу швидкість еволюції розміру вхідного отвору домація можна пояснити і тим, що під час відсутності зв'язку з мурахами виникає відбір, котрий сприяє проникненню всередину більших тварин. Втім, поки що невідомі свідоцтва того, що ці мешканці приносять рослині користь, хоча ця можливість вимагає подальшого вивчення.

Нарешті, автори показали, що в міру просування в гори збільшується середня швидкість морфологічної еволюції отворів домаціев - для цього вони розробили метод, що з'єднує дані по філогенії і поширенню видів, що дозволило їм отримати «карту морфологічної еволюції» (рис. 4).

Це дослідження не відкрило чогось зовсім несподіваного, але від того не стає менш цінним. Адже теоретичні передбачення повинні перевірятися на «живому» матеріалі. Авторам пощастило знайти вдалий об'єкт для дослідження. Будемо сподіватися, що далі послідують і інші подібні роботи, які дозволять зрозуміти, наскільки часто реалізуються ті чи інші сценарії еволюції мутуалізму.

Завдання 1. Випишіть потрібні номери ознак.

ознаки:

1. Складаються ізсложних органічних і неорганічних речовин.

2. Засвоюють сонячну енергію і утворюють органічні речовини.

3. Харчуються готовими органічними речовинами.

4. Більшість представників розмножується тільки статевим шляхом.

5. В організмі відбувається обмін речовин і енергії.

6. Істотними елементами клітин є: клітинна стінка, хлоропласти, вакуолі.

7. Переважна більшість представників активно передвінается.

8. Ростуть протягом усього життя.

9. Постійно пріспасаблівается до умов навколишнього середовища.

Ознаки всіх організмів: 5, 9.

ознаки рослин: 2, 6, 8.

Ознаки тварин: 3, 4, 7.

Завдання 2. Заповніть таблицю.

Завдання 3. Відзначте правильну відповідь.

1. Симбіоз існує:

а) між мурахою і попелиць.

2. Квартиранство існує:

б) між рибою-прилипала і тілом акули.

3. Якщо зростає чисельність жертв, то чисельність хижаків:

в) спочатку зростає, а потім знижується разом з чисельністю жертв.

4. Найбільше число видів налічується:

а) в класі комах.

5. Тварини відрізняються від рослин:

в) способом харчування.

6. З перерахованих тварин в двох середовищах мешкає:

б) польова миша;

в) сонечко.

7. Руйнівниками органічних речовин є:

б) цвілеві гриби.

8. Найбільш ефективним способом збереження тваринного світу є:

в) прийняття і обов'язкове дотримання ефективних законів про охорону живої природи.

9. Основне значення виробників в природі полягає в тому, що вони:

б) утворюють органічні речовини з неорганічних і виділяють кисень.

10. Зайця-біляка і зайця-русака відносять до різних видів, тому що вони:

б) мають значні відмінності в зовнішньому вигляді.

11. Споріднені пологи тварин об'єднують:

б) в сімейства.

12. Для всіх живих організмів характерні ознаки:

б) дихання, харчування, зростання, розмноження.

13. Ознака, на якому грунтується твердження про спорідненість тварин і рослин:

б) харчуються, дихають, ростуть, розмножуються, мають клетосное будова.

б) використовують інших тварин в якості місця проживання і джерела живлення.

Завдання 4. Заповніть пропуски в тексті.

Між організмами в біологічному співтоваристві встановлюються харчові та трофічні  зв'язку. сновові харчового ланцюга складають автотрофні організми. Вони використовують сонячну енергію для утворення органічних речовин з вуглекислого газу  і води. Виробниками харчуються травоїдні тварини, яких, в свою чергу, поїдають хижі тварини. Тварин називають організмами - гетеротрофами. Організми-руйнівники (бактерії, гріюи і ін.) Розкладають органічні речовини до неорганічних, які знову використовуються продуцентами. Основним джерелом енергії для круговороту речовин служить сонце, повітря і вода.

Завдання 5. Випишіть зі списку потрібні номери назв організмів.

Назви організмів:

1. Дощовий черв'як.

2. Заєць-біляк.

5. Пшениця.

6. Білий конюшина.

7. Голуб.

8. Бактерії.

9. Хламідомонада.

Виробники органічних речовин: 5, 6, 9.

Споживачі органічних речовин: 2, 4, 7, 10.

Руйнівники органічних речовин: 1, 3, 8.

чудовий симбіоз

Навколишнє нас природа часом демонструє такі незвичайні форми співпраці між тваринами і рослинами, що навіть біологи розводять руками від подиву. До одного з найбільш дивовижних проявів симбіозу відносяться взаємини між різними видами тропічних мурах і рослинами, на яких вони мешкають. На жаль, у нас, в помірних широтах, прикладів подібного співдружності не зустрінеш, але в тропіках так звані мірмекофільних рослини досить численні і різноманітні. Вони можуть ставитися до різних систематичних груп, але з екологічного ознакою їх часто об'єднують під загальною назвою «мурашині дерева». Своїм мешканцям ці рослини надають в буквальному сенсі і стіл, і будинок. А мурахи, в свою чергу, не тільки збирають з них різних комах-шкідників, але і надійніше найгостріших і численних колючок захищають від рослиноїдних ссавців.

Найбільш простий приклад подібної кооперації - взаємовідносини між деякими американськими мурахами і рослинами з порядку бромелієвих(Bromeliales). У заплавних лісах Амазонки і її приток рівень паводкових вод часто піднімається на кілька метрів, так що мурахи просто не можуть жити на землі і їм доводиться створювати собі притулку на «верхніх поверхах» тропічного лісу. Поки паводку немає, мурахи старанно перетягують на стовбури шматочки грунту, які склеюють спеціальними виділеннями, створюючи міцну основу гнізда. Разом з грунтом мурахи приносять наверх і насіння різних рослин, в тому числі бромелієвих, які в споруджуваному підвісному гнізді знаходять для себе сприятливі умови і швидко проростають. Цікаво, що коріння їх при цьому не руйнують, а, навпаки, скріплюють гніздо. Більш того, коріння бромелієвих охоплюють стовбур дерева-господаря міцним кільцем, створюючи для мурашиного будинку додатковий каркас. Треба зауважити, що подібний симбіоз не є привілеєм бромелієвих - таким чином можуть розвиватися і інші тропічні епіфіти, які часто називають «мурашиними епіфітами». Отримувані ж в результаті їх зростання споруди носять красиву назву «висячих мурашиних садів».

«Мурашиний сад» в тропічних заболочених лісах басейну Амазонки

Другий варіант симбіозу між рослинами і мурахами також можна зустріти на берегах Амазонки - там, де ростуть численні дерева з сімейства меластомовиє (Melastomataceae). На верхній поверхні листя багатьох видів цих дерев, на їх листових черешках або на стеблі під черешком можна побачити великі здуття - подвійні, розділені поздовжньої перегородкою бульбашки, що відкриваються назовні невеликими отворами. У цих порожніх здутті, які отримали назву формікаріев (від латинського слова Formica - мураха), поселяються дрібні, але дуже боляче кусаються мурахи, які в подяку за наданий будинок охороняють рослина від різних шкідників, а головне, від мурах-листорізів, здатних для своїх « сільськогосподарських »потреб за короткий термін повністю позбавити листя велике дерево. Місцеві жителі також уникають торкатися до рослин, що носять на собі «мурашині сумки», так як варто лише злегка потрясти їх, як обурені комахи вибираються зі своїх сховищ і атакують порушників спокою.

«Мурашині сумки» на листі зустрічаються не тільки у представників сімейства меластомовиє, а й у рослин з інших груп. Наприклад, відмінні будиночки з листя споруджують деякі ліани із сімейства ластовневих (Aslepiadaceae). У одних з них округлі листочки, розташовані двома рядами уздовж стебла, вигинаються і щільно притискаються до кори дерева-господаря. У пазухах таких листів розвиваються коріння, які не тільки міцно утримують лист на своєму місці, але і всмоктують вологу і поживні речовини, даючи життя всієї ліані. Під такими листами-кишенями створюються сприятливі умови для життя мурах, які з радістю там поселяються.

Ще більш цікаві будиночки-притулки дає мурашкам інша ліана з сімейства ластовневих - дісхідія Раффлезія (Dischidia rafflesiana), що виростає в Південно-Східній Азії. Ця ліана зазвичай несе листя двох типів: м'ясисті округлі і видозмінені в своєрідні мішечки або глечики, утворені загорнутими на нижню сторону і зрощеними по краю листовими пластинками. У зверненого догори підстави такого листа є досить широкий отвір, оточене валом, до якого входить сильно розгалужений повітряний корінь. Цей корінь всмоктує воду, яка потрапляє в глечик, а також служить відмінною сходами для мурах, часто поселяються в цих кумедних природних наметах.