Drenges opdagelse afslører meget kompleks plante-insekt-interaktion

Da otte-årige Hugo Deans opdagede en håndfuld genstande på størrelse med BB, der lå nær en myrerede under en træstamme i hans baghave, troede han, at de var en type frø. Hans far, Andrew Deans, professor i entomologi ved Penn State, vidste dog straks, hvad de var - egegalder eller plantevækst udløst af insekter. Hvad han ikke indså med det samme, var, at galderne var en del af et omfattende forhold mellem myrer, hvepse og egetræer, hvis opdagelse ville vende et århundredes viden om plante-insekt-interaktioner på hovedet.

Når han ser tilbage, siger Hugo, nu 10, at han "troede, de var frø, og jeg følte mig begejstret, fordi jeg ikke vidste, at myrer samlede frø. Jeg har altid troet, at myrer ville spise madrester og sådan noget rundt i huset. Så blev jeg mere begejstret. da [min far] fortalte mig, at de var galder, fordi [min far] var så begejstret. Jeg var overrasket over, at myrer ville samle galder, for hvorfor skulle de gøre det?"

Ifølge Andrew Deans, som også er direktør for Penn State's Frost Entomological Museum, er mange plante-insekt-interaktioner veldokumenterede. For eksempel har de fleste "cynipide" hvepsearter længe været kendt for at få egetræer til at producere beskyttende galder - eller vækster - omkring deres larver for at sikre sikkerheden for deres udviklende afkom. Derudover producerer visse planter - inklusive blodrod (Sanguinaria canadensis), en vildblomst hjemmehørende i Nordamerika - spiselige vedhæng, kaldet elaiosomer, på deres frø for at tiltrække myrer, som derefter spreder frøene ved at føre dem tilbage til deres reder. Dette sidstnævnte eksempel omtales som "myrmecochory" - eller frøspredning af myrer.

"I myrmecochory får myrer en lille smule næring, når de spiser elaiosomerne, og planterne får deres frø spredt til et fjendefrit rum," forklarer Deans. "Fænomenet blev først dokumenteret for over 100 år siden og er almindeligvis undervist til biologistuderende som et eksempel på en plante-insekt-interaktion."

Holdets nye forskning – initieret af Hugos opdagelse af galder, der ligger i nærheden af ​​en myrebo – afslørede en meget mere kompleks type myrmecochory, en der kombinerede hvepse-eggalde-interaktionen med den spiselige appendage-myre-interaktion.

"Først observerede vi, at selvom disse galder normalt indeholder en kødfuld lyserød "hætte", havde gallerne i nærheden af ​​myrereden ikke disse kasketter, hvilket tyder på, at de måske blev spist af myrerne," siger Deans. "I sidste ende fik dette os til at opdage, at galdehvepse manipulerer egetræer for at producere galder, og tager derefter endnu et skridt og manipulerer myrer for at hente galderne til deres reder, hvor hvepselarverne kan være beskyttet mod galderovdyr eller modtage andre fordele. Interaktion med flere lag er fantastisk; det er næsten svært at omslutte det."

Holdets resultater offentliggjort i tidsskriftet American Naturalist .

Undersøgelse af interaktionen

For bedre at forstå interaktionen gennemførte forskerne en række felt- og laboratorieeksperimenter. For det første, for at afgøre om, ligesom eliaosomer, egegaldehattene - som forskerne kaldte kapéllos (græsk for "hætte") - faktisk var spiselige og attraktive for myrer, observerede holdet direkte egegaller i myrekolonier i naturen i Western New York og det centrale Pennsylvania. Derudover opsætter de videokameraer til at fange yderligere dyr/galde-interaktioner. Begge steder så de myrer transportere galder til deres reder. Inde i rederne blev alle de spiselige hætter fjernet, mens selve gallerne forblev intakte.

I et andet sæt eksperimenter for at afgøre, om kapéllos fungerede på samme måde som elaiosomer, undersøgte forskerne myrernes præference for egetræsgalder vs. blodrodsfrø. De oprettede frø/galde lokkemadstationer og observerede, at myrer fjernede det samme antal frø og galder, hvilket tyder på, at der ikke er nogen forskel i myrernes præference.

Dernæst gennemførte forskerne et laboratorieeksperiment for at dokumentere, om myrer indsamlede galder på grund af deres nærende kapéllos. De opstillede tre petriskåle-behandlinger - indeholdende hele galder, galdelegemer med kapéllos fjernet eller kapéllos med galdekroppe fjernet - sammen med en kontrolskål indeholdende en anden type galde, der ikke havde et spiseligt vedhæng. De introducerede myrer til petriskålene. De fandt, at myreinteressen ikke var forskellig mellem kontrolgalderne og de kapello-frie behandlingsgalder, som begge manglede spiselige komponenter. Derimod var myreinteressen større for galder med intakte kapéllos og for kapéllos alene end for kontrolgalder.

"Vi viste, at galder med hætter var langt mere attraktive for myrer end galder uden hætter, og at hætterne i sig selv også var attraktive for myrerne," siger John Tooker, professor i entomologi. "Dette tydede på, at hætterne må have udviklet sig som en måde at lokke myrer på."

Til sidst spurgte holdet:"Hvad er der i kapéllos, der gør dem så attraktive for myrer?" Ifølge Tooker er elaiosomernes kemi velundersøgt og kendt for at indeholde næringsrige fedtsyrer. Derfor sammenlignede holdet de kemiske sammensætninger af kapéllos med elaiosomer og fandt ud af, at kapéllos også indeholdt sunde fedtsyrer.

"De fedtsyrer, der er rigelige i galdehætter og eliosomer, ser ud til at efterligne døde insekter," siger Tooker. "Myrer er ådselædere, der er ude og forsøge at finde og få fat i alt, der er egnet til at bringe tilbage til deres koloni, så det er ikke tilfældigt, at galdehætterne og elaiosomerne begge har fedtsyrer, der er typiske for døde insekter."

Hvad kom først?

Det sidste, og ifølge forskerne, mest spændende spørgsmål, som holdet forfulgte var:"Hvad kom først i evolutionær tid? Den elaiosome interaktion eller galdeinteraktionen?"

"I betragtning af at myrmecochory blev beskrevet for mere end et århundrede siden og er blevet grundigt undersøgt og undervist i skoler, kan man antage, at den elaiosome interaktion kom først, men den antagelse kan være forkert af flere årsager," siger Robert J. Warren II. professor i biologi, SUNY Buffalo State.

En grund, forklarede han, er, at myrmecochorousplanter, ligesom blodrødder, kun udgør en meget lille procentdel af alle plantearter og derfor muligvis ikke bidrager med tilstrækkelige føderessourcer til at drive naturlig udvælgelse i myrer. Egegaller er dog meget rigelige. Faktisk, siger Warren, var de engang så rigelige, at de regelmæssigt blev brugt til at opfede husdyr.

"Hvis disse galder var så rigelige og udviklede denne taktik med at dyrke denne kasket for tusinder af år siden, kunne det have været en stærk drivkraft for naturlig udvælgelse hos myrer," siger Warren. "Det kunne være, at myrer længe var vant til at samle galder op med hætter, og da forårets vilde blomster begyndte at producere frø, der tilfældigvis havde et spiseligt vedhæng, var myrer allerede disponerede for at samle ting op med et fedtsyrevedhæng."

Dekaner bemærkede, at holdet for nylig modtog en bevilling til at udføre fylogenetisk arbejde for yderligere at undersøge, hvilke af disse interaktioner, der kom først i evolutionær tid.

"At forstå, hvordan disse interaktioner udviklede sig, og hvordan de virker, hjælper med at løse lidt mere af kompleksiteten af ​​livet på Jorden," siger han.

Om, hvordan det føltes at bidrage til en så vigtig opdagelse, siger Hugo:"Jeg vil vædde på, at andre børn har gjort lignende opdagelser, men aldrig vidste, hvor vigtige de kunne være. Jeg føler mig virkelig glad og stolt over at vide, at jeg var en del af en vigtig videnskabelig opdagelse. Det er mærkeligt at tænke på, at bare nogle myrer, der indsamlede, hvad jeg troede var frø, faktisk var et vigtigt videnskabeligt gennembrud."

Da han bliver spurgt, om han vil være entomolog ligesom sin far, når han bliver voksen, i betragtning af at han allerede har gjort sin første videnskabelige opdagelse, siger Hugo "ikke rigtig. Jeg vil være anderledes ... unik ... når jeg bliver voksen. " + Udforsk yderligere

Krypteringshveps, der er fundet at parasitere adskillige arter af galdehvepse