Растения эволюционно отказываются от устаревших защитных механизмов при атаке иммунных травоядных

Новое исследование Академии естественных наук Университета Дрекселя, опубликованное в New Phytologist, показывает, что растения могут эволюционно отказываться от защитных механизмов, которые стали неэффективными, — аналогично тому, как армии отказались от металлических доспехов с появлением огнестрельного оружия.

Ключевые выводы исследования

• Объект изучения: Эволюция гена, участвующего в производстве пирролизидиновых алкалоидов — высокотоксичных для человека и млекопитающих химических соединений — в семействе растений Apocynaceae (кутровые, включая молочаи).

• Метод: Учёные под руководством Татьяны Лившуц проследили происхождение гена и выяснили, когда производство алкалоидов возникло и сколько раз прекращалось.

• Результат:

  • Ген (и, соответственно, производство алкалоидов) возник единожды у общего предка более 75% современных видов Apocynaceae.
  • Впоследствии этот ген стал нефункциональным, а производство алкалоидов было «утрачено» в ходе эволюции как минимум четыре раза у разных потомков этого предка.

• Причина утраты: Обнаружена значимая корреляция между утратой гена и взаимодействием растений с подсемейством бабочек Danainae (данаиды, включая монархов).

  • Практически все виды Apocynaceae, которыми питаются личинки Danainae, происходят от того алкалоид-продуцирующего предка.
  • Поскольку большинство бабочек Danainae специально ищут пирролизидиновые алкалоиды для собственной защиты от хищников, эти химикаты стали неэффективной защитой и даже начали привлекать, а не отпугивать вредителей.

Научный контекст и значение

• Результаты подтверждают гипотезу «эскалации защиты», согласно которой организмы перестают тратить ресурсы на неработающие защитные механизмы.
• Отказ от производства одних соединений может позволить перенаправить ресурсы на другие эффективные защиты (например, на карденолиды, которые частично эффективны против тех же бабочек-монархов).
• Виды, которые сохранили производство алкалоидов, вероятно, делают это для защиты от других насекомых, которых эти химикаты всё ещё отпугивают.
• Исследование важно для понимания коэволюции — взаимного эволюционного влияния взаимодействующих видов.
• Практическое значение работы касается сельского хозяйства (снижение потерь урожая от насекомых), медицины (растительные метаболиты как источник лекарств) и экологии (контроль инвазивных растений).

Планы на будущее: Учёные намерены детально реконструировать историю утраты и сохранения пирролизидиновых алкалоидов в этой линии растений, чтобы проверить, является ли эксплуатация со стороны бабочек Danainae надёжным предиктором такой утраты.