Nowy i dziwaczny rodzaj mimikry: nasiona rośliny naśladują kształt i zapach odchodów zwierzęcych, by ułatwić roznoszenie ich przez żuki gnojowe

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.

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).

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.

h/t: Kevin H.

____________

Midgley, J. J., White, J. D. M., Johnson, S. D. and G. N. Bronner. 2015. Faecal mimicry by plants found in seeds that fool dung beetles. Nature Plants 1, Article number: 15141 doi:10.1038/nplants.2015.141 (summary given on Phys Org).

A new and bizarre form of mimicry plant seeds mimic shape and smell of animal feces to facilitate dispersal by dung beetles

Why Evolution Is True, 7 października 2015