Nowy i dziwaczny rodzaj mimikry: nasiona rośliny naśladują kształt i zapach odchodów zwierzęcych, by ułatwić roznoszenie ich przez żuki gnojowe
Jerry A. Coyne
2015-10-20
Mimikra jest powracającym tematem na tej stronie, głównie dlatego, że fascynuje mnie precyzja, z jaką dobór naturalny potrafi kształtować zwierzęta i rośliny, by wyglądały na coś, czym nie są. Widzieliśmy już wcześniej przykłady roślin naśladujących zwierzęta, jak orchidee, które naśladują pszczoły i osy, wabiąc napalone samce owadów do prób kopulowania z kwiatem (to oszustwo pomaga w przenoszeniu pyłku). Myślę jednak, że poniższy przykład jest unikatowy, bo chodzi o rośliny, których nasiona naśladują odchody zwierzęce. I ta mimikra dotyczy kształtu, rozmiarów i zapachu nasion.
Co zyskuje roślina z tej mimikry? Nabiera żuki gnojowe, które najwyraźniej biorą je omyłkowo za odchody antylopy. A żuki gnojowe, jak wszyscy wiemy, toczą kulki odchodów, zagrzebują je w ziemi i składają w nich jaja, zapewniając pożywienie swoim larwom. Przez oszukiwanie żuków roślina skłania te owady nie tylko do rozprowadzania jej nasion, ale do zakopywania ich, chowając je w ten sposób przed zjadaczami nasion i niszczącymi pożarami i dając im lepszy start to kiełkowania.
Tę fascynująca mimikrę opisuje nowy artykuł w “Nature Plants” (odnośnik poniżej) napisany przez zespół badaczy z uniwersytetów w Cape Town i KwaZulu Natal w Afryce Południowej. Tutaj jest ta oszukańcza roślina, Ceratocaryum argenteum, roślina okrytonasienna występująca w Cape Province w Afryce Południowej (zdjęcie z Rosa Rubicondior).
Roślina jest niezwykła, ponieważ ma duże, chropowate nasiona (orzechy), które, jak widać na ilustracjach a – c poniżej, mają około 1,5 cm średnicy. Są nie tylko duże, ale, jak mówią badacze, wydzielają wyraźny zapach odchodów zwierzęcych.
(Z artykułu): a–c, widok pionowo (a) i z boku (b) nasion C. argenteum, jak również jednego, które zostało otwarte (c), pokazując bielmo i grubą, zdrewniałą wewnętrzną otoczkę nasienia oraz zewnętrzną, gruzełkowatą warstwę, które razem stanowią łupinę .
Badając, jakie zwierzęta mogą zjadać te nasiona, zespół odkrył, że podczas gdy pozbawione łupiny nasiona zjadali główne lokalni zjadacze ziaren, myszy (Rhabdomys pumilio), unikały one całych nasion w łupinach i nie gromadziły ich ani nie zagrzebywały. Podczas tych obserwacji autorzy zdali sobie sprawę z czegoś innego: twarde nasiona, takie jak te, często nie mają żadnego zapachu i w rzeczywistości twarde łupiny mogły wyewoluować po części, by chronić je przed wywąchaniem przez zjadacza. Tak więc ostry zapach odchodów C. argenteum sugerował, że zapach może być adaptacyjny dla rośliny.
I rzeczywiście, zaobserwowali żuki gnojowe (Epirinus flagellates)traktujące te nasiona dokładnie tak samo, jak gdyby były okrągłymi kawałkami odchodów zwierzęcych: żuk toczył nasiona i grzebał je w ziemi. Tutaj jest ten żuk; jest mały, około 1 cm długości:
Tutaj mamy wideo z Science News pokazujące nieszczęsnego żuka, jak toczy i zagrzebuje nasienie C. argenteum. To jest Syzyf świata zwierzęcego, z mozołem toczący ciężki przedmiot, który na nic mu się nie zda.
Dla sprawdzenia, ile nasion zostaje zagrzebanych, badacze wyłożyli 195 nasion w 31 miejscach. 27% nasion zostało zagrzebane w całości (przypuszczalnie przez żuki gnojowe) w ciągu jednego dnia w warunkach, jak piszą „optymalnej wilgotności”. Całkiem to niezły sposób na posyłanie swoich nasion do nowych środowisk, gdzie nie muszą konkurować z innymi nasionami, a nawet są sadzone w ziemi. Łatwo zobaczyć, że roślina w ten sposób oszukująca żuki, może znacznie podnieść szerzenie się swoich genów.
Kiedy wykopali te nasiona, nie znaleźli ani żuków, ani ich jajeczek (żuki włażą pod ziemię z kulkami odchodów, składają w nich jaja i zjadają część odchodów). To sugeruje, że żuki odkrywają swoją pomyłkę dopiero po zagrzebaniu nasion. Zgaduję, że po prostu rezygnują, wracają na powierzchnie i szukają prawdziwych odchodów.
Jakie są adaptacje nasion, by ułatwić ich rozprzestrzenianie przez żuki? Po pierwsze, ich kształt. Jak piszą autorzy:
Nasiona C. argenteum mają podobny rozmiar, kształt i ciemnobrązowy kolor jak odchody małej antylopy (Fig. 1g). [JAC: to są odchody sasebi, Damaliscus pygargus]. Nasiona są niezwykle okrągłe (stosunek najszerszego do najwęższego miejsca wynosi 1,02; Fig. 1a,b) podczas gdy orzechy rozrzucane i przechowywane są na ogół spłaszczone (L. sessile stosunek = 1.86; Fig. 1h, i). Ta kulistość ułatwia toczenie. Nasiona większości innych Ceratocaryum i blisko spokrewnionych gatunków Cannomois są bez zapachu, mniejsze, gładkie, czarne i mają elajosomy do roznoszenia przez mrówki (Fig. 1j).
Tutaj są ilustracje (a i b są powyżej; proszę zauważyć podobieństwo kształtu i rozmiarów odchodów sasebi do nasion rośliny).
Wreszcie, mimikra dotyczy nie tylko rozmiarów i kształtu, ale także zapachu. Autorzy, używając chromatografii i spektometrii mas, porównali ilość i skład lotnych związków chemicznych wydzielanych przez zarówno stare, jak świeże nasiona C. argenteum z innymi nasionami w tej rodzinie i z odchodami elandów, słoni, oryksów, impali i sasebi. (Najczęściej występującymi antylopami w tej okolicy są elandy i sasebi.)
Nasiona C. argenteum wydzielały znacznie wyższą ilość związków lotnych niż inne nasiona z tej rodziny, skład chemiczny nasion C. argenteum przypominał odchody, czego nie robiły nasiona roślin pokrewnych. Jak piszą autorzy:
Związki wydzielane przez nasiona są także wydzielane przez odchody elanda i/lub sasebi, włącznie z rozmaitymi kwasami, składnikami benzenoidu - acetofenonem, fenolem, p-krezolem i 4-etylo-fenolem, jak również związkiem siarkowym - metylosulfonylometanem (Supplementary Tables 2 and 3). Większość tych związków jest dobrze znana jako składniki zapachu odchodów zwierząt roślinożernych (patrz także Supplementary Table 3). Podobieństwo zapachu nie wynika z tego, że sasebi żeruje na C. argenteum, bo ta roślina jest niejadalna, sasebi żeruje na rozmaitych trawach (Poaceae).
(From paper): Similarity in the composition of volatile blends of seeds and animal droppings is based on non-metric multidimensional scaling. Symbols for other Restionaceae (Methods, Supplementary Table 3) that overlap are slightly offset for clarity. The composition of scent sampled from Ceratocaryum seeds is very similar (R = 0.75, P = 0.33) to that of dung of local herbivores (eland and bontebok), but differs markedly (R = 1.0, P = 0.028) from that of seeds of other Restionaceae (nested ANOSIM permutation test).
Ostatnia sprawa: środowisko C. argenteum regularnie jest narażona na pożary, a w odróżnieniu od wielu innych roślin, ten gatunek nie potrafi odrosnąć po pożarze. Tak więc zdolność spowodowania, że jej nasiona są zagrzebane i schowane przed płomieniami, jest wysoce adaptacyjna!
To jest bardzo elegancka praca, która pokazuje nieznany dotąd rodzaj mimikry. I w tej mimikrze chodzi nie tylko o kształt i rozmiar, ale o zapach.
Podobieństwo zapachu nasion C. argenteum do zapachu odchodów zwierzęcych było dla badaczy oczywiste, ale tym, co się liczy, to podobieństwo zapachów dla żuków. A nie możemy powiedzieć, że odchody pachną tak samo dla ludzi, jak dla żuków: możemy jedynie powiedzieć, że żuki i ludzi prawdopodobnie wyczuwają te same związki chemiczne. W końcu, percepcja zapachu jest subiektywna.
Prawdopodobnie istnieją inne przypadki mimikry zwierzęcej i roślinnej, które dotyczą zapachu, ale nie jest łatwo je wykryć, bo zapachy są przeznaczone dla owadów i innych stworzeń, których receptory węchu różnią się od naszych. Dopiero niedawno odkryto, że orchidee, które przypominają pszczoły i osy, wyewoluowały także zapach przypominający feromony godowe pszczół. Musi istnieć wiele aspektów mimikry, której – jako ludzie z zmysłami różniącymi się od zmysłów stworzeń, które są oszukiwane – po prostu nie potrafimy jeszcze wykryć.
EPILOG: Byłem młodym studentem, kiedy wybrałem się po raz pierwszy do tropików: na dwumiesięczny kurs Organizacji Badań Tropikalnych w dziedzinie ekologii na Kostaryce. (To było fantastyczne doświadczenie.) Przed wyjazdem jeden z moich przyjaciół-przyrodników, nieżyjący już Ken Miyata, dał mi radę. Jeśli chcesz nauczyć się biologii, powiedział, idź sam lasu do i wypróżnij się. Potem usiądź w pobliżu i obserwuj. Zrobiłem to i siedziałem w pobliżu prawie przez godzinę. W ciągu pięciu minut najrozmaitsze owady zebrały się wokół kupy, wkrótce pojawiły się żuki gnojowe, zwijając kawałki odchodów w kulki i odtaczając je. W niespełna godzinę nie pozostało nic – albo zjedzone, albo skonfiskowane przez najrozmaitsze stworzenia. Odchody są bogatym zasobem i szybkość ich zniknięcia pokazuje nie tylko ich wartość dla wielu gatunków, ale także to, jak znakomicie różne zwierzęta są zaadaptowane do znajdowania małych stert odchodów w głębi lasu. W tropikach nic jadalnego nie pozostaje niezjedzone.
Profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji. Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.
