Nasiona roślin ewoluują, by upodobnić się odchodów antylopy, a oszukane żuki gnojowe odtaczają i zagrzebują nasiona


Jerry A. Coyne 2020-12-10


Warning: min(): Array must contain at least one element in /shared/www/webnews.textalk.com/20210322115504-832c8ab/www/pl/include/print_article_content.php on line 297

Pierwszy artykuł poniżej jest sprzed pięciu lat, ale przeczytałem go dopiero wczoraj. Jest to niezwykły wypadek mimikry. W tym wypadku nasiona rośliny w Afryce Południowej wyewoluowały tak, że rozmiarami, kształtem, wyglądem i zapachem przypominają odchody antylopy. Żuki gnojowe, sądząc, że nasiona są odchodami, toczą je w bezpieczne miejsce i zagrzebują, w ten sposób zabezpieczają nasiona, rozpraszają je i sadzą. Artykuł, z “Nature Plants”, jest poniżej (kliknij na link pod zrzutem z ekranu), pdf jest tutaj.


To jest jeden z bardzo niewielu przykładów, kiedy ziarna rośliny wyewoluowały, by oszukać zwierzęta, albo fizycznie, albo chemicznie.


https://www.nature.com/articles/nplants2015141#:~:text=The%20large%20brown%2C%20round%2C%20strongly,that%20roll%20and%20bury%20them.&text=Mimicry%2C%20deception%20and%20sensory%20exploitation,especially%20for%20seed%20dispersal1.
https://www.nature.com/articles/nplants2015141#:~:text=The%20large%20brown%2C%20round%2C%20strongly,that%20roll%20and%20bury%20them.&;text=Mimicry%2C%20deception%20and%20sensory%20exploitation,especially%20for%20seed%20dispersal1.

Tutaj jest późniejszy artykuł (2016) z “South African Journal of Science” z pdf (kliknij na link pod zrzutem z ekranu):


https://pdfs.semanticscholar.org/ffee/0f01af6feeec24f78a0a9e7123a366a780c4.pdf

https://pdfs.semanticscholar.org/ffee/0f01af6feeec24f78a0a9e7123a366a780c4.pdf



Rośliną, która wyewoluowała tę mimikrę, jest Ceratocaryum argenteum, krzaczasta roślina, która jest endemiczna dla Prowincji Przylądkowej Afryki Południowej:  



W odróżnieniu od nasion innych roślin rodziny Restionaceae—które są normalnie dość płaskie z gładką, ciemną łupiną, jak również z elajosomami (mięsistymi kawałkami, które są jadalne dla mrówek; mrówki zanoszą nasiona do mrowisk, karmią swoje larwy elajosomami, a potem odrzucają resztę nasienia, w ten sposób je rozrzucając - C. argenteum ma “szorstką, gruzełkowatą i brązową łupinę”, która według świadectwa nosów autorów „ma ostry zapach, podobny do odchodów zwierząt roślinożernych”.


Poniżej: tak wyglądają nasiona C. argenteum  (a-c) w odróżnieniu od innych nasion na tym terenie (h-j). (g) pokazuje odchody antylopy (sasebi przylądkowego). Proszę zauważyć, że nasiona  są wielkości i kształtu odchodów antylopy sasebi i są okrągłe, by ułatwić toczenie. Żuki gnojowe toczą kulki odchodów do pobliskiego miejsca, zagrzebują je i składają jaja na odchodach, by jego larwy mogły na nich ucztować. Żukiem, którego zaobserwowano przy zagrzebywaniu nasion, był Epirinus flagellatus.


a–c, Vertical (a) and side (b) views of a C. argenteum seed as well as one that has been cracked open (c) showing the endosperm and thick woody inner seed-coat layer and the outer tuberculate layer which together form the husk. d,e, Scanning electron microscopy (SEM) of the outer, tuberculate layer and inner seed-coat, with white silicon granules at the boundary between the two layers. f, E. flagellatus. g, Bontebok faeces. h,i, Vertical (h) and side (i) views of an L. sessile seed. j, Cannomois grandis seed with white elaiosome.
ac, Vertical (a) and side (b) views of a C. argenteum seed as well as one that has been cracked open (c) showing the endosperm and thick woody inner seed-coat layer and the outer tuberculate layer which together form the husk. d,e, Scanning electron microscopy (SEM) of the outer, tuberculate layer and inner seed-coat, with white silicon granules at the boundary between the two layers. fE. flagellatusg, Bontebok faeces. h,i, Vertical (h) and side (i) views of an L. sessile seed. jCannomois grandis seed with white elaiosome.

A producentem odchodów najczęściej występującym na tym terenie jest mała antylopa (80-100 cm): sasebi przylądkowy, Damaliscus pygargus pygargus. 



Autorzy postawili hipotezę, że rozmiar i zapach nasion C. argenteum ułatwia ich zagrzebywanie, a więc wyłożyli te nasiona ustawiając kilka kamer. Zaobserwowali cztery trawomyszki namibskie (Rhabdomys pumilio), które zjadały nasiona, ale ich nie zagrzebywały. W odróżnieniu od tego, z 195 nasion wyłożonych po deszczu (kiedy żuki gnojowe są aktywne) co najmniej 55 zostało zagrzebanych (używali fluorescencyjnych nici do znaczenia drogi nasion).  


W żadnym wypadku zagrzebane nasiona nie miały na sobie jaj żuka, a więc żuki najpierw dały się oszukać, a potem zrozumiały, że coś się nie zgadza – ale dopiero po odtoczeniu i zagrzebaniu nasienia.


Jak napisałem powyżej, przypominanie odchodów i nabieranie żuków, by zagrzebywały nasiona, jest dla rośliny dobrym sposobem na uwiecznienie swoich genów, bo są rozprzestrzeniane, chronione ziemią przed myszami i zagrzebane (posadzone). Ponadto, rośliny C. argenteum nie odradzają się po pożarze, a więc trwałość genów rośliny zależy od możliwości ucieczki przed ogniem – przez zagrzebywanie nasion w ziemi! Z wielu powodów więc dobór mógł faworyzować nasiona przypominające odchody, a ponieważ żuki wykrywają odchody po zapachu, trzeba również pachnieć jak odchody. Żuki gnojowe są po prostu frajerami, którzy wykonują mnóstwo pracy nic za to nie mając.


Autorzy wykonali także chromatografię i spektrometrię mas, żeby zmierzyć ilość lotnych związków chemicznych na nasionach i na odchodach i odkryli, że nasiona miały znacznie większą ilość lotnych związków chemicznych niż inne nasiona w okolicy, nawet kiedy były to stare nasiona i z poprawką wziętą na powierzchnię, i przypominały ilość lotnych związków w odchodach. Ponadto, lotne związki chemiczne w nasionach były identyczne ze związkami w odchodach antylop sasebi i eland, z „różnymi kwasami, benzenoidowymi związkami acetofenonu, fenolem, p-krezolem i 4-etylofenolem, jak również siarkowym związkiem metylosulfonylometanu”.


Tutaj jest wykres, który pokazuje podobieństwo lotnych związków nasion C. argenteum do lotnych związków odchodów; proszę zauważyć, że inne nasiona (zielone trójkąty) nie mają podobnego do odchodów profilu związków lotnych:


(from the 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). 

(from the 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).

 


W drugim artykule autorzy opisują, że zaobserwowali innego żuka gnojowego, Scarabaeus spretus, który zagrzebywał nasiona, podlatując do stert wyłożonych nasion. (Jest jasne, że przyciąga głównie zapach, nie zaś wygląd i jeden S. spretus wleciał prosto do papierowej torby, w której były nasiona!) Ten gatunek przesuwał nasiona tylko o ćwierć metra, podczas gdy E. flagellatus potrafił przesunąć je o 2 metry poza stertę. (Jak widzicie, rozprzestrzenianie jest dość ograniczone!) Tutaj jest ilustracja pokazująca oba gatunki toczące nasiona i zagrzebujące je:


(a) Epirinus flagellatus rolling a Ceratocaryum argenteum seed; (b) Scarabaeus spretus rolling a seed (the arrow indicates a Sphaerocerid Lesser Dung Fly); (c) the large hole made by Scarabaeus spretus for burying several seeds (the arrow indicates the location of the Dung Beetle); and (d) a female Sarcophagid Fly on a seed. Midgley & White (2016).

(a) Epirinus flagellatus rolling a Ceratocaryum argenteum seed; (b) Scarabaeus spretus rolling a seed (the arrow indicates a Sphaerocerid Lesser Dung Fly); (c) the large hole made by Scarabaeus spretus for burying several seeds (the arrow indicates the location of the Dung Beetle); and (d) a female Sarcophagid Fly on a seed. Midgley & White (2016).



Ponadto, antylopa sasebi je inne rodzaje trawy niż eland (Taurotragus oryx), większy gatunek pokazany poniżej, a różne gatunki trawy mają różne poziomy azotu i izotopów węgla. Przez sprawdzenie stosunku izotopów u żuków (których młode jedzą odchody) i w samych odchodach antylop, autorzy stwierdzili, że ten stosunek u żuków gnojowych (zielone romby i fioletowe trójkąty) bardziej przypominają odchody elanda (jasnoniebieskie trójkąty) niż odchody sasebi (czerwone kółka), jak pokazuje wykres poniżej.


Wniosek: odchody używane przez oba gatunki żuków pochodzą raczej od elanda niż od sasebi. Ale, jak autorzy pokazali powyżej, lotne związki odchodów obu antylop są podobne i nadal przypominają lotne związki nasion.



Pozostaje zagadką, dlaczego rozmiary nasion C. argenteum są podobniejsze do odchodów antylopy sasebi niż odchody elanda. Elandy są dużo większe i ich odchody są większe – mniej więcej dwukrotnie. Ponieważ jednak żuki gnojaki potrafią tworzyć mniejsze kulki z dużych odchodów i ponieważ dla rośliny może być zbyt uciążliwe produkowanie dwukrotnie większych nasion, to może nie być problem.


Eland:



Mamy więc mimikrę, która oszukuje żuki, które odzyskują rozsądek dopiero po odtoczeniu i zagrzebaniu nasion. W tym wypadku żuki nie stosują się do dictum zespołu rockowego Who: „Nie dam się oszukać raz jeszcze”. Byłoby jednak ciekawe wykonanie laboratoryjnego eksperymentu z odchodami i nasionami, żeby ustalić, czy żuki z czasem uczą się unikania odtaczania i zagrzebywania tych mimetycznych nasion. To jest wiele wysiłku za nic, a żuk wie to, ponieważ nie składa jaj na nasionach.  


h/t: Jean

_____________

J. J. Midgley, J. D. M. White, S. D. Johnson and G. N. Bronner. 2015. Faecal mimicry by seeds ensures dispersal by dung beetlesNature Plants 1, 15141, https://doi.org/10.1038/nplants.2015.141


Plant seeds evolve to mimic antelope droppings and duped dung beetles roll and bury the seeds

Why Evolution Is True, 3 grudnia 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Jerry A. Coyne

Emerytowany 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 również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem książki "Faith vs Fakt". (Jest już polskie wydanie - "Wiara vs Fakty", wydawnictwo "Stapis".) Jerry Coyne jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.