Осы используют силу растений-кувшинов в первой в истории наблюдаемой стратегии защиты.
Как говорится: «Когда жизнь дает вам лимоны, превратите эту кислинку в маленькие полупрозрачные шарики, в которых вырастет молодняк». По крайней мере, так говорят о крошечном насекомом под названием цинипидная оса, чьи личинки были недавно обнаружены, вызывая наросты растений, называемые галлами, которые содержали уровни кислотности, близкие к лимонам.
«Это захватывающе, потому что представляет собой новую систему защиты, которую мы раньше не видели», — сказал Антуан Гиге, энтомолог из Университета штата Пенсильвания и ведущий автор статьи об открытии, опубликованной сегодня (1 марта) в Biology Letters .
На протяжении десятилетий было известно, что большинство видов цинипидных ос вводят химические вещества в листья, чтобы побудить дубы производить защитные галлы или наросты вокруг своих личинок, чтобы обеспечить безопасность их развивающегося потомства. Галл является домом и кормом для насекомых во время их личиночного развития и выполняет защитную функцию для отражения естественных врагов. В конце концов галлы падают с дерева, и личинка осы прогрызает себе путь наружу, оставляя маленькие шарики разлагаться на лесной подстилке.
Вся эта работа требует химии, и до недавнего времени основными защитными соединениями, идентифицированными в галлах, были дубильные вещества, которые накапливаются на поверхности галлов, предотвращая повреждение травоядными животными, которые могут питаться галлами. На самом деле уровень танина в дубовых галлах настолько высок, что при измельчении и замачивании в воде они образуют темно-коричневую жидкость, которая образует основу стойких чернил — чернил, которые когда-то использовались для написания Декларации независимости США. Конституция и Билль о правах.
«Это так увлекательно, потому что это животное использует химию, чтобы заставить растение выполнять его приказы», — сказал Джон Тукер, профессор энтомологии в Пенсильванском университете и соавтор исследования. «Это на самом деле паразитическая манипуляция. Насекомое заставляет растение производить именно ту пищу, которая ему нужна, что объясняет гипотезу о питании, почему развились галлы, но, несомненно, это должно сочетаться с защитным аспектом, потому что если у вас есть хорошая пища источник, другие вещи захотят его съесть».
В своем исследовании исследователи обнаружили потенциально новую манипуляцию химией растения-хозяина в полупрозрачной дубовой галле, в которой оса снизила уровень pH внутренней части своей развивающейся галлы до уровня кислотности, используемого растениями-кувшинами.
«Мы знаем, что такой низкий уровень pH вообще редко встречается у растений», — сказал Тукер. «И pH, который мы измерили, был близок к кислой природе того, что находится внутри растения-кувшина, что примерно такое же, как у лимона. Мы предполагаем, что роль этого — защитная. в этой кислой среде ».
Исследователи изучили содержание органической кислоты в полупрозрачной дубовой галле и сравнили ее с фруктами и другими галлами с помощью масс-спектрометрии , аналитического метода, используемого для изучения химических веществ. Они обнаружили, что яблочная кислота, кислота с особенно высоким содержанием в яблоках, составляет 66% органической кислоты, обнаруженной в галлах. Концентрация яблочной кислоты была в два раза выше, чем в других галлах, и в два раза выше, чем в яблоках. Они также обнаружили, что рН галла составляет от 2 до 3, что делает его одним из самых низких уровней рН, обнаруженных в тканях растений.
«Яблочная кислота является основным компонентом метаболизма клеток, поэтому она присутствует в дубе, во всех растительных и животных клетках , только в низкой концентрации», — сказал Гиге. «Удивительно то, что эта оса способна индуцировать его накопление в отсеке для хранения в растительных клетках, называемом вакуолью».
Полупрозрачная желчь дуба с уровнем pH ниже 3 является одной из самых кислых растительных тканей , измеренных на сегодняшний день. До этого открытия было известно, что только ткани цитрусовых обладают такой крайней кислотностью, объяснил он.
Исследователи предполагают, что у осы могли развиться кислые галлы в качестве альтернативы накоплению танина, наблюдаемому в большинстве других дубовых галлов. Как и в случае с танинами, низкий уровень pH может снизить эффективность переваривания белков у насекомых, поскольку задняя кишка гусениц сильно щелочная.
Но, в отличие от дубильных веществ, кислая среда также может оказаться эффективной против паразитоидных ос, главных врагов цинипид, поскольку она может разрушить ткань игольчатого органа, который виды самок паразитоидных ос используют для введения яиц в желчь .
« Молекулярный механизм , с помощью которого осы-цинипиды вызывают образование галлов , остается загадкой», — сказал Гиге. «Теперь мы добавили к этой тайне, показав, что они эволюционировали со способностью изменять рН».
