Коеволюция на растенията и разпространяващите техните семена животни

Когато възрастното многогодишно растение се възпроизвежда, около него условията може са различни от тези, в неговата младост и е напълно вероятно вече да не са подходящи за прорастване на семето и преживявяне на младото растение. Например може хищници да са се разположили под дървото или паразити по семената му, които  да унищожат младото поколение. Когато израстват близко под родителя си ще бъдат притеснени за светнина и храна, а може и да затормозят развитието и на собствения си родител. Разсейването на семената далече от смъртоносната зона около родителя е необходимо за много видове растения. Плодовете са средства, с чиято помощ се привличат мобилни животни за разпръскване на съдържащите се в плодовете семена.

Както при опрашването, степента на специализация е много важна за да се разбере доколко влияе този мутуализъм върху динамиката на взаимодействие на растенията и животните.

Има крайни случаи като изчезването на плодния прилеп, което би означавало окончателна загуба на някои видове дървета от Малазийската гора (или обратното). “Няма прилепи, няма дуриани!”- казват малайските селяни.
Плодовете на дуриана са големи и бодливи, с остра миризма на стари чорапи, но високо ценени заради вкуса.

Дървото разчита единствено на един вид прилеп за опрашване и разпространение на семената. Безсмисленото унищожаване на животинчето довело до заплаха не само за ценното дърво, но и за други мангрови дървета. Източник: Nature Watch- Official Magazine of the Nature Society (Singapore), Ecology Asia news – Bats – More than a mythical creature

По-разпространени са необлигатните (незадължителните) мутуалисти (т. е. дървета, които се доверяват на няколко вида прилепи и прилепи, които разчитат на плодовете на много видове дървета) и не се стремят към облигатни двойки. В крайна сметка тесният мутуализъм увеличава вероятността за индивидуалното преживяване и възпроизвеждане, но увеличава риска от изчезване на вида, ако един от двата партньора изчезне. Някои облигатни двойки са така тясно свързани, че могат да се разглеждат като единен организъм.

Всичко е започнало като защита да не бъдат изядени

Макар че най-популярен пример за коеволюция да е опрашването, паралелна еволюция на растителния и животинския свят има и при разпространението на семената. Вероятно също се развива като реакция на хранещите се със семена животни-карпофаги. Какви са стратегиите им:

• пасивна защита: по-твърди и здрави обвивки за семената си за да не се повреждат, когато преминават през храносмилателния тракт на животните.
• положително взаимодействие: плодова обвивка за награда.
• отрицателно взаимодействие: отделяне на отровни за тревопасните вещества.

Каква е реакцията на животните:

• положително взаимодействие: приспособяване на храносмилателната система за хранене с плодове, но без да се повреждат семената.
• отрицателно взаимодействие: по-яки челюсти, зъби и клюнове за смилане на семената, отделяне на антиотрови.

Простете, че някои от примерите са доста ароматни.

Лайняна история 1

За някои семена пътешествието през храносмилателния тракт на животните е просто жизнено необходимо – например за един вид африканска акация. Тези семена, които се окажат в стомаха и излязат с екскрементите, ще порастнат. А семената, които никой не изяде – практически никога не ще пораснат.

Шушулките на акацията са много богати на протеин и се предпочитат от тревопасните. Твърдата обвивка на семената ги спасява от лакомите слонове.

Досега се обясняваше, че храносмилането частично разтваря твърдата обвивка на семената и облегчава прорастването.

Нещата излязоха по-сложни. Попаднали на земята акациевите семена много скоро са открити от малки бръмбари, които снасят там яйцата си. Излюпените личинки охотно похапват от вкусните грахчета. Да ги защити от смъртоносния бръмбар може само едно – пътешествие през храносмилателната система на някакво тревопасно, например слон. Семената, които навреме попаднат в стомаха на животното, се връщат на белия свят свободни, здрави и готови да започнат да растат – стомашния сок убива всички паразити. Източник: subscribe.ru

Лайняна история 2

Индийският носорог е животно на навиците. Всяка вечер след къпане в реката носорогът излиза на брега на обичайното му място, където тревите са по-редки и не може да се скрие тигър. Тук носорогът винаги се изхожда.

Семената на растенията, присъстващи в екскрементите му, падат на земята на идеално място: мека и рохкава почва, обилно наторена от наноси от реката и носорожки купчинки, досега не заета от никой. Индийският носорог не яде безразборно – той последователно предпочита някои видове пред останалите съедобни растения и затова изхождайки се винаги на едно място, той оформя собствена градина и като грижовен фермер отглежда на лехи любимите си плодове и зеленчуци.

Един от местните видове растения особено възползва от носорожкото градинарство – тревията – Trevia nudiflora, дърво от рода млечници Euphorbiaceae. Плодовете на тревията са големи и твърди (приличат на картофи), да ги сдъвче не може никой, освен носорога. Той харесва тези плодове и редовно “сее” тревията на наторения речен бряг, а на нея точно това й е най-нужно – тревията обича светлина и расте само на открити места. Вследствие на намаления брой индийски носорози, тревията също е под заплаха. Източник: subscribe.ru, Flora of Thailand

И още много подобни

На западния бряг на Норвегия, птиците Turdus, вид дроздове, са особено важни за разпространяването на Sorbus aucuparia L. (Офика). Обработката през птичата храносмилателна система често изменя семената.

Torbjorn R. Paulsen от Института по биология в Берген, Норвегия, изследва ефекта върху семената на растението при преминаването им през стомаха на тези дроздове. Оказало се, че сухата маса на “изаканите” семена е с 9% по-голяма, поникват по-рано и прорастват по-бързо от контролните семена.

Източник: Passage through bird guts increases germination rate and seedling growth in Sorbus aucuparia – T. R. Paulsen and G. Hogstedt

Птицата Додо и Додовото дърво

Додовото дърво (Tambalacoque) Sideroxylon grandiflorum преди Calvaria major е дърво от семейство Sapotaceae, срещано само на остров Мавриций в Индийския океан.

Стенли Темпъл (Stanley Temple), американски орнитолог, обърнал внимание през 1973г., че този вид изчезва. Останали само 13 екземпляра и всички били вече почти на 300 години. Биологът изказал идеята, че птицата додо - (Raphus cucullatus = Didus ineptus), която е измряла до 1681г. ( долу-горе преди 300г.), е яла от семената на дървото и само преминавайки през храносмилателния тракт на додо, семената ставали активни и готови за поникване. Той предложил пуйките да заместят изчезналата птица в преработването на семената. За първи път от три столетия, израстнали здрави нови растения.Източник: Tambalacoque

Макар и широко разпространена и публикувана в авторитетни издания, а често и цитирана като факт срещу еволюцията, срещу хипотезата на Стенли Темпъл са изказани доста тежки аргументи тук: PLANT SCIENCE BULLETIN

Война на световете

Отношенията между флората и фауната не винаги са на взаимна изгода. Между растението и опитващите се да го изядат се води ожесточена война и постепенно превъоръжаване в стил “Червената кралица” с физически (власинки, дебела кожа, бодли), химични и биологични оръжия – да си спомним акацията и патрулиращите мравки, унищожаващи всяка конкуренция или вредител.

Хрониката на войната на пасифлората с пеперудата Heliconius

Пеперудата Heliconius (Heliconius sp.) снася яйцата си на листата на лианата Пасифлора (Passiflora sp.). Когато от яйцата се излюпят гладни гъсеници и започнат да ядат лакомо листата на пасифлората, тя минава в законна самоотбрана.

Адаптацията на пасифлората	Реадаптацията на пеперудата
Тъканите на лианата съдържат отрови токсични алкалоиди – пасифлорин глюкозиди на цианистата киселина Тези токсични химически вещества макар и да отпъждат тревопасните насекоми…	…не пречат заради развилите се у тях храносмилателни ензими. Поглъщайки токсините и съхранявайки ги в телата си, самите те и възрастните екземляри стават отровни. Тази специализация им осигурява ефективна защита срещу птици и гущери.
Някои от растенията пасифлора имат бодливи власинки по листата си, които ще заклещят гъсениците на Heliconius докато не умрат от глад. Може да видите микроскопска снимка на опасните бодили…	…Гъсениците на Heliconius са способни напълно да обезлистят пасифлората.
…а някои лиани пускат фалшиви мустаци, които са слаби и увисват под теглото на излюпените яйца на пеперудата	Някои пеперуди Heliconius имат навик да снасят яйцата си на нагоре завъртяните мустаци на лианите…
…Пасифлората отделя големи капки жълт нектар, които приличат на яйцата на Heliconius. Вида на тези фалшиви яйца, отказват женските пеперуди да снасят тук яйцата си заради срещания канибализъм и отиват да търсят други растения.	Самките-пеперуди на вида Heliconius избягват да снасят яйца (ярко жълтата капсула) на тези листа, където вече има положени други яйца – за да избегнат конкуренцията за листа. А злите езици казват, че заедно с листа ларвите изяждат и конкуренцията…
По листата и стъблата на пасифлората има жлези, които отделят приятен нектар, богат на аминокиселини, които привличат мравки и оси, които да патрулират и защитават растението от упорития му враг.	Ескалацията на военните действия между пасифлората и пеперудата Heliconius не е довел до изчезването на нито един от двата вида. Напротив, те са здраво обвързани – ларвите Heliconius не могат да се хранят от други растения заради тясната си специализация.

Около 76 вида от пеперудата Heliconius са открити в тропиците на Централна и Южна Америка, където тези пеперуди, познати като отровни, имат богата и сложна група имитатори.

Източник: Zoology 369 Gilbert’s Lecture 6 , World-of-Wildlifeimages , Habitats. . .Strategic Defenses for Life in the Open , UT On Campus – 07/27/00, POPULATION INTERACTIONS

 

Растенията могат да говорят

Случаят “войната на пасифлората с пеперудата Heliconius” не е единствен. Ако не се защитаваха, растенията щяха да изчезнат от лицето на Земята. И определено не са по-слабите.

Американските учени Дейвид Рудес и Гордън Орианс, наблюдавайки брезовите гори в околностите на Сиатъл, забелязали, че след период на масово поражение от насекоми, вредителите мистериозно започват да загиват. Оказало се, че дърветата се отбраняват от своите врагове, изменят състава на протеините си и насекомите умират заради недостиг на нужните им протеини. Най-удивителното било, че химическия състав на листата се изменят даже при дървета, растящи и по-далече, където все още няма насекоми. След дълги опити учените изяснили, че дърветата, атакувани от вредители, отделят етилен, който вероятно е сигналът за тревога към съседните дървета. Източник: Знание-сила

Акацията-убиец на антилопи

“Беззащитните” растения могат да се справят не само с малките насекоми, но и с по-масивни врагове.

Връзката между африканските акации и големите тревопасни е отдавна потвърдена. Растението се защитава с остри шипове. Интересно е, че там където клоните не могат да се достигнат от животните, акацията не се “хаби” да отглежда шипове.

Акациевите дървета изпращат “авариен сигнал” на други дървета, когато антилопите ядат от листата им, според Воутер ван Ховен (Wouter Van Hoven), зоолог от Университета в Претория. Той съобщава, че акациите отделят в листата си танин в смъртоносна доза за хранещите се с антилопи. Освен това изпускат етилен в въздуха, който в радиус от 50 ярда предупреждава другите дървета за предстоящата опасност за да повишат и те производството на танин в листата си. Таблицата на проф. ван Ховен представя нарастването в три вида дървета в отговор на ефект, имитиращ нараняване от паша. Нивата на танина останали повишени за 100 часа преди да започнат да спадат.

Воутер ван Ховен открил това, когато изследвал причината за внезапната смърт на около 3000 антилопи куду в развлекателно ранчо в Трансваал. Той обърнал внимание, че жирафите, които се разхождат свободно никога не се задържат около една и съща акация повече от 10 минути като непременно се движат срещу вятъра. Жирафите се страхуват да не се отровят! Така постъпват и антилопите, но затворени в ранчото, те поневоля се хранели от едни и същи дървета и храсти. В организма на умрелите антилопи е открита смъртоносна концентрация на танин. Когато преживните животни продължително време поемат танин с храната си, това предизвиква увеличение на слюнните им жлези. Слюнката на елените, козлите и други тревопасни, които предпочитат богатите на танин листа и клонки, е богата на белтъка пролин (proline), който неутрализира действието на танина (Mehansho et al. 1987). Този белтък напълно отсъства или е в нищожно количество в слюнката на овцете и други животни, пасящи предимно треви. (Austin et al. 1989). Източник: NewScientist.com, Potential roles of tree fodders in ruminant utrition

Химическата война на растенията

В хода на еволюцията си висшите растения си изработили т. н. метаболична екскреция, правеща възможно натрупването на вторични съединения в организма им, но извън активните центрове на метаболизъм – обикновено във вакуолите и клетъчната стена. Днес са известни над 10 000 различни алкалоиди и са предимно токсични – стрихнин, кураре, кофеин, кодеин, атропин, кокаин, морфин и не на последно място – никотин. Дълго време функцията на алкалоидите в растителния организъм били неясни. Днес те по-скоро се възприемат като химични оръжия защитаващи растенията от изяждане.

Животните, ако не искат да умрат от глад, им се налага да си създадат противоотрова против опасните вещества. Така, в течение на много поколения растенията и животните воюват едно с друго и се приспособяват едно с друго, коеволюират.

Кой унищожи динозаврите?

През 1974г. английският учен Тони Суейн предложил оригинално решение на загадката за внезапното измиране на динозаврите. Танините и алкалоидите не са се съдържали в нисшите и голосеменните растения, с които повече от 150 милиона години са се хранели динозаврите. Екземпляр с тегло 5т трябва ежедневно да изяжда около 200 кг растения. Това е достатъчно да натрупа в организма си смъртоносни дози отрова от 40-50 гр алкалоиди.

Динозаврите се оказали неспособни да се приспособят към покритосеменните растения. Масовата гибел на динозаврите-вегетарианци обрекла на гладна смърт и хищните им събратя.

“По този начин, може да се предположи, че динозаврите са загинали в резултат на “химическата агресия” на покритосеменните растения” (Т. Суейн).

Доматите ни манипулират

А не мислите ли, че ни манипулират? Ако си спомняте от предишната тема, повечето животни, най-вече птиците и бозайниците забелязват най-добре червените плодове. Растенията ни пробутват само готовите си за разпространение семена.

Растенията така синхронизират синтезирането на химическите вещества, че да манипулират поведението на животните – например зелените домати съдържат томатин . Той не само спира растежа на различни гъби и бактерии, но и обезкуражава тревопасните докато семената са неузрели. Щом плодът узрее, токсичността му намалява и вкусът му става привлекателен за животните, за да го изядат и разпространят семето. Ние имаме инстинктивно отвращение от горчивия вкус – белег, че в храната има алкалоиди. Източник: Undergraduate Program in Plant Biology, University of Marylande

Войната на дивия пащърнак с гъсениците Depressaria pastinacella

Дивият пащърнак Pastinaca sativa, семейство сенникоцветни – Umbelliferae, не се различава много от културния си събрат, освен от по размерите на корена. Взаимодействието между дивите пащърнаци и пащърнаковите гъсеници, Depressaria pastinacella, е свързано с група токсични съединения наречени фуранокумарини. Тези съединения са открити най-вече в плодовете, които са любима храна на пащърнаковите гъсеници.

Фуранокумаринът е способен да наруши жизнено важни процеси и затова е много опасен за повечето пеперуди. Но не и за пащърнаковите гъсеници. Те са си изработили ефективна система за детоксикация, основана на cytochrome monooxygenases P450 и смело си гризят растенията, ежедневно употребявайки до 7% от теглото си. Но сега пащърнакът отвръща на удара. В сенника му има два сорта плодове: в едните има семена, съдържащи зародиш и други, трудно различими от предишните, но стерилни, с два пъти по-малко отрова в тях. Естествено гъсениците предпочитат да се хранят с тях. И макар че могат силно да намалят производството на семена, няма случай някъде гъсеници да са унищожили докрай дивите пащърнаци. Източник: Parsnips & Webworms

Вкусовите рецептори, които имаме в устата си, ни помагат да преценим храната, преди да я погълнем. Така можем да усетим предварително дали съдържа алкалоиди или опасни дози танин. Един ефект от многогодишната ни коеволюция с растенията.
Източник:
The complex relationship between the “Holstein” butterfly (Heliconius sapho), its food plant and its pollen source
“Мне поклонился цветок”, А.Зайцев (Знание Сила N1 2002 г.)