Вольф Кицес (wolf_kitses) wrote,
Вольф Кицес
wolf_kitses

Categories:

Бактерии помогают колорадскому жуку обойти защиту растений

Кирилл Стасевич
С помощью собственных кишечных бактерий личинки жука подавляют оборону растений, направленную против насекомых-вредителей.
Несмотря на кажущуюся беззащитность, растения располагают развитыми оборонительными системами, нацеленными на вредителей. При этом растения пользуются разными механизмами, в зависимости от того, угрожает ли им, например, бактериальная инфекция или же речь идёт о насекомом.
Если растение чувствует насекомых, то у него включается биохимическая сигнальная цепочка, связанная с гормонами жасмонатами: активируются вещества, подавляющие работу белков протеаз, к ним подключаются другие ферменты, в результате у насекомых нарушается пищеварение, они плохо усваивают растительные ткани и плохо растут. Если же угроза заключается в бактериях, то тут в ход идёт другой сигнальный путь, опосредованный салициловой кислотой.
жук
Личинки колорадского жука используют бактерии, чтобы подавить защиту растений от них самих. (Фото Shutterstock.)
При этом, что важно, обе «технологии» являются антагонистами друг к друга: если работает защита от бактерий, то защита от насекомых молчит. Эту особенность, как оказалось, к своей выгоде использует колорадский жук.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания (США) заметили, что этот вредитель как-то ухитряется подавлять работу «антинасекомной» обороны растений, на которых он кормится. Чтобы узнать, в чём тут дело, Гэри Фелтон вместе с коллегами сажал личинок жука на листья, которые были обработаны антибиотиком.
И, как пишут исследователи в журнале PNAS, на таких листьях личинки жука начинали испытывать всю тяжесть «антинасекомной» защиты, тогда как на обычных листьях личинки благополучно откармливались. Оказалось, что личинки, питаясь, выплёвывают на лист порцию собственных кишечных микробов, которые провоцируют растение на антибактериальный ответ. А это, в свой черёд, подавляет защиту против вредителей-насекомых. В присутствии антибиотиков эта уловка не работала: бактерии погибали, не успевая побеспокоить растение.
Учёные обнаружили в пищеварительной системе личинок колорадского жука 22 вида бактерий, но лишь три из них «вызывали огонь на себя», помогая личинкам питаться и расти.
Наверное, растениям можно было бы помочь, обрабатывая их антибиотиками против этих бактерий, однако, прежде чем давать практические рекомендации, исследователи хотят убедиться, что имеют дело с универсальной уловкой со стороны жуков, что эти бактерии помогают питаться личинкам колорадских жуков по всему свету, а не только на полях Пенсильвании.
http://compulenta.computerra.ru/chelovek/biologiya/10008934/

UPD. Эта работа иллюстрирует изменения в представлениях о взаимоотношениях "хищник-жертва", произошедших в последние годы. Раньше считалось, что поскольку "лиса бежит за своим обедом, а заяц - за своей жизнью", только у хищника есть стратегия (ловли жертв), в которой он специализируется отбором. У жертвы же есть только
тактика, поскольку всякое уклонение от попадания в зубы, "правильное" и "неправильное", идёт ей в зачёт в плане выживания и стратегия не формируется. Однако тогда непонятно, как так получается, что "зайцы едят рысей", в смысле колебания численности жертвы "ведут" за собой динамику численности хищника, а не наоборот. С момента появления вышеназванной статьи М.Гилпина (1972) стало понятно, что такая инверсия циклов численности, противоречащая общепринятым представлениям, встречается сильно чаще, чем хотелось бы.
Сейчас стало понятно, что защита от хищника - что растений от консументов 1-го порядка, что животных от консументов прочих - не менее дорогое удовольствие, чем выработка хищником специализированной стратегии ловли самых подвижных и крупных жертв из своего рациона. Нужны специализированные формы поведения (осматривания, сигнализация), обеспечивающие безопасность, комплексы фиксированных действий, обслуживающие бросок в укрытие им т.д. реакции самоспасения, выработку веществ/поддержание барьеров, обеспечивающих несъедобность. См., например, как капустная  Brevicoryne brassicae и горчичная тли Lipaphis erysimi контролируют эволюцию арабидопсиса. И если таких "хорошо вооружённых" жертв достаточно много, хищник проигрывает, ибо реакция ловли запускается просто их видом, но каждая поимка обходится слишком дорого, хищники "проматывают" свои силы даже при успешном кормлении.
И чем "дороже" вооружение жертвы против хищника в сравнении со "стоимостью" его специализации, тем выше вероятность переворачивания циклов. См. модель Michael H. Cortez & Joshua S. Weitz (2012), опубликованную в PNAS.
Авторы в первую очередь основывались на системах "заяц-рысь", "кречет - белая куропатка"  и холерный вибрион с соответствующим ему фагом. Как я уже писал, сейчас стало понятно, что отделить чисто экологические взаимодействия от микроэволюционных не удаётся, как только где-то сложатся первые, сразу же запускаются вторые. А когда мы их начинаем учитывать, классическая модель Лотки-Вольтерра, используемая в качестве отправной точки, даёт на выходе множество неожиданных исходов. Эволюция меняет вооружённость жертвы, а значит, уязвимость популяции хищника при питании данной жертвой и затратность охоты на неё неожиданным для этого хищника образом. Долговременная охота на многочисленных жертв, которые не очень-то хищнику по зубам, сокращает его популяцию и даёт жертве передышку. А во время последней в популяции жертв получает преимущество стратегия "расслабиться и не тратиться на антихищническое вооружение", больше вкладывать в соматический рост, брачные украшения и иные параметры хорошей жизни, как это я описывал для гуппи в речках Тринидада. Тем более что быть всегда при оружии и начеку не просто дорого и трудно, но блокирует движение к более сложным формам поведения и социальной организации, которые "предмет роскоши".
И вот когда вооружённость "средней жертвы" упадёт, оставшиеся хищники начинают охотиться очень эффективно в плане соотношения выигрыша и затрат. Чем способствуют росту вооружённости жертв и цикл повторяется.
А вот как данные по колебаниям зайцев и рысей аппроксимируются «подгоночными» моделями (правда, коэволюция приводит к тому, что описанная здесь асимметрия делается неактуальной):
ly1
«Всегда представлялось заманчивым получить удовлетворительное (качественное и количественное)  описание динамики этой системы  "рыси - зайцы",   однако такого рода попытки  (например,  Leigh, 1968;  Gilpin, 1973; Gomatam, 1974)  дали "невероятно плохие"  (по-Гилпину;  Gilpin, 1973, р. 728) результаты, что нашло отражение даже в названии его статьи: "Едят ли зайцы рысей? ("Do hares eat lynx?").  Попытки "усовершенствовать"  модель Вольтерра и учесть в ней некоторые другие механизмы динамики этой системы  (например,   представления о логарифмической зависимости взаимодействия популяций,  учет внутривидовой конкуренции  и пр.)  также не  позволили удовлетворительно описать колебания численности популяций в реальной системе рыси - зайцы  (см. табл. 14).
Привлечение дополнительной информации  (солнечной активности, данных метеостанций  "Moose Factory" и "Fort Hope" в районе Гудзонова залива)  позволили методами самоорганизации синтезировать достаточно удовлетворительную  (по качеству прогноза)  модель,  сильно отличающуюся от уравнений "типа Вольтерра" (Брусиловский,  Розенберг, 1981)  -   в  этом  наглядно проявляются принципы системологии  и  несводимость объяснения и предсказания в рамках одной модели сложной системы  (см. разд. 2.5  и  2.6).  Это не означает,  что аналитическая модель системы хищник - жертва  бесполезна  в экологических исследованиях;   как отмечает   Ю.М.Свирежев (1976,  с. 250), “...целью Вольтерра являлось не точное описание какой-либо конкретной ситуации (для этого обычно больше пригодны статистические регрессионные модели),  а исследование общих свойств таких систем”.  Качественные  выводы,   получаемые  при исследовании подобных моделей,  зачастую нетривиальны и могут служить основой построения теоретической экологии.
ly2
Подчеркнем фундаментальное различие между жертвой и хищником: “рысь бежит за своим ужином,  а заяц  -   за своей жизнью”.  Именно по этой причине статистическое распределение контактов для жертвы  -  это распределения редких событий  (такая встреча обычно означает гибель жертвы),  а для хищников  -  распределение ближе к нормальному,  что позволяет действовать им в более широких пространственно-временных границах (Маргалеф, 1992)».
Отсюда, с.217
То есть опять, как в случаях с «кругами рас» и птицами-печниками, мы видим, что общие принципы эволюционной экологии подтверждаются, конкретные же модели, которыми, как считалось, реализуются эти принципы – нет.
Tags: зоология, кормовое поведение, теория эволюции, экологическая теория
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 5 comments