Біологи з'ясували, чому всі шкідники досі не вимерли
Всі рослини Землі не стали смертельно отруйними для шкідників через те, що виробництво токсинів вкрай негативно впливає на швидкість їхнього зростання і розмноження, чим користуються менш «неїстівні» представники флори, заявляють генетики в статті, опублікованій в журналі PNAS.
"Ми вперше показали, що величезні «вкладення» в оборону завжди зменшують кількість ресурсів, які флора могла б використовувати для розвитку і розмноження. Мутантні рослини дійсно були невразливі для атак комах і грибків, але вони росли вкрай повільно, що було помітно навіть для будь-якої людини", - розповідає Цянь Го (Qiang Guo) з університету штату Мічиган в Іст-Ленсінг (США).
Боротьба протилежностей
"Війна" між рослинами і травоїдними тваринами, як розповідають вчені, давно стала одним з найтриваліших конфліктів в історії Землі. Вона триває вже понад 350 мільйонів років.
За цей час рослини виробили безліч токсинів і навчилися «засівати» свої клітини неїстівними частинками кремнію для того, щоб захистити себе від зазіхань тварин, а останні - виробили ферменти, що нейтралізують ці отрути і знешкоджують наночастинки.
З огляду на те, що тварини не можуть «пересидіти» рослин і не можуть самостійно отримувати енергію зі світла і тепла Сонця, вчені досить давно намагаються зрозуміти, чому рослини не здобули повну і беззастережну перемогу в цій «війні», ставши абсолютно неїстівними для всіх тварин.
Го і його колеги знайшли можливу причину переходу цього конфлікту в фазу «окопної війни», спостерігаючи за життям трансгенних саджанців арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), далекого родича капусти, у яких були пошкоджені гени з сімейства JAZ, що керують роботою «імунної системи» рослин.
Ці гени, як зазначає генетик, допомагають нормальним рослинам тимчасово «відключати» захисні реакції в ті часи, коли їх життю ніщо не загрожує. Як тільки гусениці, корови або інші «шкідники» починають атакувати рослину, вона пригнічує роботу JAZ і починає виробляти токсини і летючі сигнали, що попереджають сусідів про нову небезпеку.
Гармати проти масла
Вчених давно цікавить те, чи управляють гени JAZ і зростанням рослин. З одного боку, можливо, що вони віддають явний пріоритет «оборону» або «економії ресурсів» в різних ситуаціях, активно перенаправляючи ресурси і порушуючи роботу фотосинтезу при появі загрози їхньому життю.
З іншого боку, їх активність може впливати на набір біомаси і розмноження опосередкованим чином, через появу загального «дефіциту» поживних речовин.
Пошкоджуючи різні комбінації цих генів, Го і його команда намагалися зрозуміти, яка з цих теорій ближче до істини, і що заважає рослинам створити «ідеальний» захист від комах-шкідників і травоїдних ссавців.
Як показали ці експерименти, знищення більшої частини JAZ призводить до того, що рослина назавжди перемикається на «бойовий» режим, але при цьому різко знижує швидкість росту і темпи розмноження. Отримавши подібні результати, вчені перевірили, що станеться, якщо «підгодувати» рослина солодкою водою.
Подібний прийом різко прискорив швидкість росту мутантного арабидопсиса, що підтвердило, що захисні механізми «забирали» ресурси, які рослина зазвичай витрачає на розмноження і збільшення своєї власної біомаси, а не тільки заважали їх роботі.
Це, в свою чергу, пояснює те, чому рослини до сих пір не перемогли шкідників. При нестачі їжі і ресурсів їм вигідніше не захищатися від нахлібників, а «ігнорувати» їх і направляти максимальну кількість ресурсів на розмноження і зростання. Це допомагає їм не відстати від інших представників флори при захопленні нових ареалів проживання і в подальшій еволюції, роблять висновок вчені.
Також читайте: