Интерес муравьев к галлам указал на конвергенцию между орехотворками и мирмекохорными растениями

Зоологи обнаружили. что муравьи помогают расселяться орехотворкам K. rileyi и K. decidua. На галлах, которые орехотворки образуют на дубовых листьях, есть особые структуры — капеллы, похожие на элайосомы мирмекохорных растений. Привлеченные запахом капелл муравьи уносят упавшие на землю галлы в муравейник, где личинки орехотворок могут развиваться в безопасности от хищников, паразитоидов и грибков, Результаты исследования опубликованы в статье для журнала The American Naturalist.

Некоторые растения расселяются с помощью муравьев (это явление известно как мирмекохория). Насекомые собирают их семена и уносят в свои кладовые, условия в которых отлично подходят для прорастания. Чтобы повысить шансы, что муравьи заинтересуются семенами, представители десяти-двадцати тысяч видов растений снабжают их элайосомами — специализированными сочными структурами, которые богаты белками и липидами и привлекательно пахнут. Муравьи приносят такие семена в муравейники, съедают элайосомы, а сами семена выбрасывают в мусорные кучи, где те прорастают. Среди растений средней полосы России подобную стратегию использует, например, хохлатка плотная (Corydalis solida).

Среди животных тоже есть виды, доверяющие муравьям свое потомство. Например, яйца ряда видов палочников так похожи на семена, что муравьи собирают их в свои кладовые, где те развиваются в безопасности от хищников и паразитоидов. После вылупления нимфы покидают муравейники. Среди палочников даже есть виды, яйца которых снабжены аналогами элайосом — привлекательными для муравьев придатками-капитулами.

Команда зоологов под руководством Роберта Уоррена II (Robert J. Warren II) из Университета штата Нью-Йорк решила выяснить, не используют ли другие насекомые похожую стратегию расселения. Исследователи обратили внимание, что муравьи собирают и приносят в муравейники упавшие с дубовых листьев галлы («чернильные орешки»). созданные осами-орехотворками из рода Kokkocynips.

Данное явление можно было бы объяснить тем, что муравьев привлекает сладковатая жидкость, которую выделяют галлы (с ее помощью некоторые виды орехотворок приманивают древесных муравьев, чтобы те обеспечивали им защиту от хищников). Однако производящие такой «нектар» галлы остаются на деревьях, в то время как галлы Kokkocynips падают на землю. Кроме того, никакие муравьи не охраняют галлы Kokkocynips, пока они остаются на листьях. С другой стороны, галлы этих орехотворок обладают структурами, которые напоминают элайосомы и капитулы (авторы предложили для их обозначения термин «капеллы»). Как и в случае с элайосомами и капитулами, муравьи объедают капеллы, а сами галлы не трогают.

Чтобы выяснить, действительно ли орехотворки из рода Kokkocynips используют муравьев для распространения галлов, исследователи сосредоточили внимание на двух видах этих насекомых, K. rileyi и K. decidua. Весной и летом они формируют на дубовых листьях галлы, которые растут в течение теплых месяцев и падают на землю осенью. Ранней весной следующего года молодые осы выходят наружу. Муравьи в исследовании были представлены родом Aphaenogaster, который широко распространен в лиственных лесах на востоке Северной Америки и активно участвует в распространении семян.

Осенью 2020 года Уоррен и его коллеги установили в лесу в штате Нью-Йорк десять чашек, в каждой из которых находилось по десять галлов K. rileyi и по десять семян сангвинарии канадской (Sanguinaria canadensis), снабженных элайосомами и распространяемых муравьями. После этого авторы на протяжении 90 минут наблюдали за галлами и семенами и проверяли, унесут ли их муравьи. Полевой эксперимент проходил в течение двух дней. В результате исследователям удалось выяснить, что муравьи из рода Aphaenogaster одинаково охотно уносят из чашек семена сангвинарии и галлы орехотворок.

На следующем этапе ученые отобрали по пять муравьев A. picea из пяти разных колоний, после чего поместили каждого из них в чашку Петри с десятью семенами S. canadensis и десятью галлами K. rileyi. В течение следующего часа поведение каждой особи записывалось на видео. Исследователей интересовало, как часто муравьи касаются семян и галлов антеннами и мандибулами, а также переносят их.

Проанализировав 94 взаимодействия между муравьями и галлами и 48 — между муравьями и семенами, авторы пришли к выводу, что галлы и семена вызывают у этих насекомых одинаковый интерес. При этом при взаимодействии с семенами муравьи в 42 процентах случаях касались элайосом, а при взаимодействии с галлами — в 64 процентах касались капелл.

Затем Уоррен и его соавторы повторили лабораторный эксперимент, однако на этот раз использовали галлы орехотворок K. decidua, который падают с листьев на месяц позже, чем галлы K. rileyi. Как и в предыдущем тесте, исследователи отобрали по пять муравьев A. picea из пяти разных колоний и поместили каждого из них в чашку Петри с десятью целыми галлами K. decidua, десятью галлами K. decidua без капелл и десятью отделенными капеллами от галлов K. decidua. Кроме того, в каждую чашку добавили по десять целых галлов орехотворок Andricus dimorphus, которые не обладают капеллами.

В ходе наблюдений муравьи 36 раз взаимодействовали с галлами A. dimorphus, 95 раз — с галлами K. decidua без капелл, 58 раз — с отделенными капеллами K. decidua и 109 раз — с целыми галлами K. decidua. Расчеты показали, что насекомые одинаково интересуются галлами A. dimorphus и галлами K. decidua без капелл, однако целые галлы K. decidua и их отделенные капеллы вызывают у них больше интереса, чем галлы A. dimorphus.

Химический состав галлов и капелл оказался похож на химический состав семян и элайосом сангвинарии и копытня канадского (Asarum canadense) — еще одного растения, которое распространяется муравьями. В частности, капеллы и элайосомы содержат пальмитиновую, олеиновую и стеариновую кислоты, которые привлекают муравьев. Авторы также выяснили, что капеллы K. decidua и K. rileyi сильно отличается по химическому составу от тел галлов и отделены от последних одревесневающей границей. Похожее одревеснение формируется между семенем и элайосомой.

Результаты исследования подтверждают, что галлы орехотворок K. decidua и K. rileyi привлекают муравьев за счет особых структур — капелл. В результате насекомые переносят галлы в свои колонии, где личинки орехотворок, вероятно, могут спокойно развиваться в безопасности от хищников, паразитоидов и грибков. Уоррен с соавторами подчеркивают необычное конвергентное сходство между галлами K. decidua и K. rileyi, яйцами некоторых палочников и семенами мирмекохорных растений. Возможно, многие другие виды орехотворок также привлекают муравьев, чтобы обеспечить себе безопасное место в колонии. 

Несколько лет назад биологи обнаружили, что муравьи Philidris nagasau, эндемики островов Фиджи, выращивают растения из рода сквамеллярий (Squamellaria) — они сажают семена и удобряют появившиеся ростки. Растения, в свою очередь, служат муравьям жилищем и снабжают их сладким соком.

Сергей Коленов