Новое исследование показывает, что растения не предупреждают своих соседей о нападениях травоядных животных, а вместо этого могут обманывать их ложными сигналами, чтобы получить конкурентное преимущество. Исследователи из Оксфорда предполагают, что микоризные грибы могут быть ответственны за коммуникацию между растениями.
Растения традиционно рассматривались как пассивные организмы, способные лишь автоматически реагировать на окружающую среду. Видение, которое менялось с годами. На самом деле, новое исследование ставит под сомнение это восприятие, предполагая, что растения не только чувствуют своих соседей, но и могут обманывать их ложными сигналами. Это открытие радикально меняет наше понимание экологии растений и поднимает фундаментальные вопросы об эволюции коммуникации в естественном мире.
Исследователи из Оксфордского университета и Амстердамского свободного университета использовали математические модели для оценки возможности растений предупреждать своих сородичей о готовящихся нападениях травоядных животных. Их вывод удивителен: растения не эволюционировали, чтобы быть альтруистичными, но могут извлекать выгоду из обмана своих соседей. «Наши результаты показывают, что растения более склонны вести себя обманчиво по отношению к своим соседям, а не действовать альтруистично», объясняет Томас Скотт, ведущий автор исследования.
Сотрудничество или конкуренция? Эволюционная дилемма
В течение многих лет ученые наблюдали, что когда растение подвергается нападению травоядных животных, другие растения в его окружении начинают активировать свои защитные механизмы. Предполагалось, что эта реакция является преднамеренным предупреждением со стороны атакованного растения, но новое исследование ставит под сомнение такую интерпретацию.
Согласно математическим моделям Скотта и его команды, крайне маловероятно, что растения разовьют способность предупреждать своих конкурентов, поскольку это не принесет им никакой эволюционной выгоды. «Растения конкурируют со своими соседями за такие ресурсы, как свет и питательные вещества, поэтому помогать им не в их интересах». Фактически, исследование предполагает, что некоторые растения могут даже извлекать пользу из отправки ложных сигналов, заставляя находящиеся поблизости растения думать, что они в опасности, хотя на самом деле это не так.
Обман в растительном мире: стратегия выживания
Результаты исследования показывают, что растения могут подавать ложные сигналы тревоги, побуждая своих соседей тратить энергию впустую, активируя дорогостоящие защитные механизмы. Такой тип поведения известен как нечестная сигнализация — явление, хорошо изученное у животных, но почти не изученное у растений.
Защитные процессы растений, такие как выработка токсичных соединений или более устойчивых структур, требуют значительных затрат энергии. Если растению удастся побудить своего соседа активировать эти защитные механизмы без реальной необходимости, оно может получить преимущество в борьбе за ресурсы. Это делает нечестную подачу сигналов эволюционно жизнеспособной стратегией, по крайней мере временно.
Два альтернативных объяснения: неизбежные сигналы и шпионские грибы
Если растения не общаются альтруистично, как объяснить, почему другие активируют свою защиту, когда на них нападают? В исследовании предлагаются две альтернативные гипотезы для объяснения этого явления.
Неизбежные признаки: растения не могут не выдать себя
Когда растение подвергается нападению травоядного животного или патогена, его физиология неизбежно меняется. Повреждение приводит к выбросу химических соединений в воздух и через корни, что является сигналом, который могут уловить другие близлежащие растения. Согласно этой гипотезе, атакованное растение не посылает намеренное предупреждение, а просто не может не подавать эти сигналы, так же как люди не могут не краснеть, когда испытывают смущение.
Эти соединения включают летучие молекулы и сигналы, передаваемые через сеть микоризных грибов. Соседние растения, воспринимая эти вещества, активизируют свои защитные силы в качестве превентивной меры. Однако это не подразумевает сотрудничества между растениями, а просто способ «слушать» то, что происходит вокруг них.
Исследование предполагает, что эта реакция может быть случаем непреднамеренного «безбилетника»: растения не сообщают о своем статусе намеренно, но другие учатся интерпретировать эти сигналы в своих интересах. С точки зрения эволюции это объясняет, почему у близлежащих растений наблюдается защитная реакция без необходимости альтруистического акта.
Грибы-шпионы: подпольная сеть наблюдения
Вторая гипотеза предполагает, что микоризные грибы могут играть роль «сторожевых псов» экосистемы. Эти грибковые сети, соединяющие корни разных растений, позволяют обмениваться питательными веществами, но также могут передавать информацию об угрозах.
Исследователи предполагают, что грибы могут определять, когда растение подвергается нападению, а затем передавать эту информацию другим растениям, подключенным к той же сети. «Возможно, сами грибковые сети посылают предупреждающие сигналы», говорит Томас Скотт, ведущий автор исследования.
С эволюционной точки зрения это имеет большой смысл. Грибы зависят от здоровых растений, чтобы получать необходимые им углеводы, поэтому защита их «деловых партнеров» может быть полезной стратегией. Если растения в грибковой сети находятся в лучшем состоянии, грибы также процветают.
Исследование также предполагает, что эта грибковая система оповещения могла развиться как механизм самозащиты. Гриб, помогающий защитить растения от паутины, увеличивает их шансы на выживание, поскольку более здоровая экосистема гарантирует постоянный источник питательных веществ.
Конкуренция, замаскированная под общение
Эти две гипотезы объясняют, почему соседние растения реагируют на нападение на соседа, без необходимости активного сотрудничества между ними. Согласно этому исследованию, ключ кроется не в альтруистической коммуникации, а в эволюционных процессах, которые способствуют конкуренции и выживанию наиболее приспособленных.
Роль подземных сетей в коммуникациях растений
Исследование также проливает свет на «древесную паутину» — подземную сеть микоризных грибов, которая соединяет корни различных растений и обеспечивает обмен ресурсами и информацией. Было высказано предположение, что посредством этой сети деревья могут «предупреждать» друг друга об угрозах.
Однако новый анализ предполагает, что это общение может быть обусловлено не альтруистическим актом, а личными интересами грибов. Если гриб обнаруживает, что одно из связанных с ним растений подвергается нападению, он может послать сигналы другим растениям в сети, чтобы усилить их защиту и тем самым обеспечить собственное выживание.
Последствия этого открытия
Эти результаты имеют важное значение для нашего понимания экологии растений и сельского хозяйства. Если растения не предупреждают своих соседей, а вместо этого активно конкурируют с ними, многие взаимодействия растений могут быть неправильно истолкованы.
Более того, если грибы действительно играют роль в коммуникации растений, это может открыть новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур путем манипулирования микоризными сетями. Понимание того, как грибы способствуют устойчивости к травоядным животным, может позволить нам разрабатывать более устойчивые сельскохозяйственные системы без необходимости использования пестицидов.
Источник: DOI: 10.1073/pnas.2420701122
