Растения отпугивают вредителей химическими сигналами
Когда личинки листоедов поедают золотарник, повреждённое растение испускает химический сигнал. Этот сигнал сообщает насекомому, что растение повреждено и является плохим источником пищи. Эти летучие химические вещества также улавливаются неповреждёнными соседними растениями, предупреждая их о необходимости вырабатывать собственные химические защиты для отражения приближающихся врагов.
Согласно недавнему исследованию в журнале Functional Ecology, такие химические системы защиты заставляют насекомых-вредителей перемещаться на новые растения в плотных популяциях. В результате ущерб распределяется равномерно, и каждое отдельное растение на поле получает минимальные повреждения.
Эти выводы важны для понимания динамики взаимоотношений между растениями и поедающими их насекомыми, а также для контроля вредителей в плотных популяциях растений, таких как сельскохозяйственные посевы.
«Если у вас есть плотные популяции растений, как у золотарника или сельскохозяйственных культур, коммуникация между растениями может играть очень важную роль в распределении повреждений от травоядных», — сказал Андре Кесслер, доцент экологии и эволюционной биологии. Кимберли Моррелл, Ph.D. '15, бывшая аспирантка лаборатории Кесслера, является первым автором статьи.
Растения могут выдержать небольшое количество повреждений без серьёзных последствий для жизнеспособности или урожайности; например, золотарник может перенести поедание до 30% своих листьев. Для сельскохозяйственных культур существует потенциал для отсутствия потерь урожая, когда ущерб от вредителей равномерно распределён по популяции и поддерживается на минимально переносимом уровне для каждого отдельного растения, отметил Кесслер.
Коммуникация растений была задокументирована у более чем 35 видов растений, включая золотарник в данном исследовании. Было показано, что химические вещества, называемые летучими органическими соединениями (VOCs), привлекают насекомых-хищников, которые защищают растения от вредителей. Другие типы VOCs могут вызывать реакцию у соседних растений, заставляя их включать собственную защиту или испускать собственные VOCs, независимо от того, исходит ли сигнал от родственного вида.
В исследовании эксперименты в полевых условиях изучали воздействие личинок листоеда на золотарник, а анализ VOCs и тесты проводились в лаборатории.
Исследователи проверили, на каком расстоянии VOCs могут вызывать устойчивость к насекомым-вредителям у соседних растений. Они обнаружили, что VOCs достигают ближайших соседей и заставляют личинок переместиться на два растения дальше, прежде чем снова начать питаться. Это происходит потому, что поля золотарника плотные — золотарник составляет 75% или более от всех растений, — как и на сельскохозяйственных полях. Такая плотность заставляет воздушный поток подниматься вверх, ограничивая горизонтальное распространение VOCs. Исследователи выяснили, что личинки листоедов предпочитают неповреждённые растения повреждённым или тем, которые подверглись воздействию VOCs, сказал Кесслер.
«К нашему удивлению, личинки избегали подвергшихся воздействию растений так же, как они избегали фактически повреждённых растений», — сказал Кесслер. Таким образом, согласно исследованию, подвижные личинки оставляют небольшое количество повреждений на каждом растении, которым питаются, и распределяют этот ущерб по всему полю.
В будущем учёные, возможно, смогут манипулировать VOCs, чтобы ограничить ущерб от вредителей в сельскохозяйственных культурах, считает Кесслер.
Следующие шаги в работе включают изучение генетической изменчивости у растений-эмиттеров и реципиентов VOCs, а также роли естественного отбора в эволюции коммуникации растений.