Английские ученые выяснили, как тропические растения Squamellaria с островов Фиджи позволяют нескольким колониям разных видов муравьев мирно сосуществовать внутри себя, превращая потенциальных врагов в полезных соседей. Секрет кроется в особой архитектуре жилищ, предоставляемых растением, которая физически разделяет муравьиные колонии, предотвращая их агрессивные столкновения. Исследование, опубликованное в журнале Science, раскрывает простой, но эффективный механизм урегулирования конфликтов за ресурсы хозяина между несколькими участниками сложного симбиоза.
В природе широко распространены взаимовыгодные отношения (мутуализм) между растениями и муравьями: растения предоставляют насекомым убежище в виде специальных полостей — домаций, а муравьи снабжают растение питательными веществами, в основном через свои экскременты. Однако перед растениями, способными привлекать несколько видов муравьев-партнеров, встает серьезная проблема. Эти виды часто от природы агрессивны и территориальны по отношению друг к другу. Если позволить им вступать в контакт внутри растения, их конкуренция за пространство и ресурсы хозяина неизбежно приведет к конфликту, разрушающему взаимовыгодное сотрудничество. Долгое время оставалось загадкой, как некоторым растениям удается избежать этой проблемы и поддерживать симбиоз, подразумевающий участие множества неродственных друг другу партнеров.
Чтобы раскрыть эту тайну, команда специалистов использовала комплекс методов. На протяжении десяти лет ученые проводили полевые наблюдения за растениями Squamellaria на трех островах Фиджи, тщательно документируя виды и количество муравьев, населяющих одно растение. Внутреннюю структуру домаций авторы исследовали с помощью высокоточного компьютерного томографа, создав детальные 3D-модели без повреждения образцов. Эксперименты с мечеными стабильными изотопами азота (15N) позволили точно отследить и подтвердить вклад питательных веществ от каждого вида муравьев в процессы роста и развития растения. С помощью поведенческих экспериментов, которые подразумевали хирургическое удаление внутренних перегородок между камерами домаций у некоторых растений, исследователи смогли проверить роль физического разделения. Дополнительно были разработаны математические модели для оценки долгосрочной эффективности стратегии разграничения.
В результате 3D-сканирование подтвердило, что домации Squamellaria представляют собой сложные структуры, разделенные на полностью изолированные камеры. Каждая камера имеет свой собственный вход наружу, но не имеет внутренних проходов к соседним камерам, напоминая блок отдельных «квартир». Полевые наблюдения показали, что одно растение может одновременно служить домом для пяти разных видов муравьев. Эксперименты с мечеными изотопами позволили установить, что все эти муравьи, несмотря на видовые различия и потенциальную враждебность, вносят значимый вклад в питание растения своими отходами, являясь полноценными мутуалистами. И наконец, поведенческий эксперимент не оставил у авторов работы сомнений: как только ученые удаляли перегородки между камерами, между ранее мирными колониями немедленно вспыхивали ожесточенные конфликты, приводящие к высокой смертности муравьев с обеих сторон. В контрольных растениях с целыми перегородками муравьи разных видов спокойно сосуществовали внутри и даже совместно использовали внешние источники пищи. Математическое моделирование подтвердило, что разделение пространства приносит пользу растению: оно предотвращает ранние конфликты, позволяя каждой камере вырастить крупную, населенную муравьями колонию, активно поставляющую питательные вещества. Модели показали, что разделенные домации всегда эффективнее однокамерных, даже если небольшая часть живущих внутри растения муравьев агрессивна.
Открытие дает ответ на давний вопрос экологии: как хозяин может поддерживать стабильные, взаимовыгодные отношения с множеством неродственных и конкурирующих между собой партнеров. Стратегия физического разделения, эволюционно выработанная фиджийскими Squamellaria, оказалась изящным и высокоэффективным решением. Гуиллауме Чомицки из Даремского университета рассказал: «Невероятно, как такая странная группа организмов, ограниченная парой островов Фиджи, может дать общее представление о стабильности сотрудничества между видами». Исследование предполагает, что физическое разделение симбионтов может быть распространенным в природе, но не в полной мере изученным механизмом, необходимым для поддержания кооперации и минимизации конфликтов в сложных мутуалистических системах. Это открывает новые перспективы для изучения других симбиозов с участием нескольких партнеров — от кораллов и водорослей до сообществ микробов в кишечнике животных или корнях растений — где сосуществование видов-конкурентов выгодно хозяину. Понимание таких «архитектурных» решений конфликтов углубляет наши знания об эволюции сотрудничества в живой природе.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
