Растения перешли на половой способ размножения из-за вредителей

Гипотеза о том, что естественные враги животных привели к возникновению полов, долгие годы будоражила умы ученых и, кажется, нашла подтверждение. Американские биологи выяснили, что у растений, видимо, дело обстоит похожим образом. Двудомные (то есть растения, у которых есть пол) лучше противостоят вредителям.

Кипрейные

Для исследования ученые из Университета Северной Каролины и Университета Дьюка выбрали растения семейства кипрейных (Onagraceae). Согласно современным данным, в него входят 259 видов. Примерно 85% из них двудомные, то есть имеют половое размножение, оставшиеся 15% -- однодомные, те, которым для размножения второе растение впринципе не нужно. Растения этого семейства подверглись генетическим и полевым исследованиям.

Жизнь насекомых

Для работы исследователи выбрали 32 вида этого семейства, одни размножающиеся строго друг от друга, другие -- которым для размножения не нужны сородичи. Растения проверяли на насекомоустойчивость двумя способами -- в поле и лаборатории. В полевых условиях в течение всего лета визуально наблюдали за количеством поврежденной листвы. В лаборатории насекомых сажали на отобранные листья обоих видов и следили за их жизнью: взвешивали, измеряли длительность жизни и проводили другие процедуры, чтобы определить качество их существования.

«Свои» и «чужие» вредители

В результате авторы работы выяснили разные закономерности в поведении насекомых в зависимости от их типа. Большая часть насекомых питается широким спектром растений, другая, меньшая часть, только одним видом растений. В лабораторных условиях насекомые, питающиеся разными растениями, съедали массы бесполых видов на 32% больше, на 13% больше весили после их употребления и на 21% времени больше жили. В полевых условиях объем съеденной у однодомных кипрейных листвы был и вовсе на 64% больше, чем у двудомных. А вот в случае «специализированных» насекомых картина была принципиально другой: они, наоборот, предпочитали растения, имеющие разные полы.

Генетика

Ключевое отличие растений, размножающихся в одиночку, заключается в том, что семена в большинстве случаев несут ровно ту же генетическую информацию, что и их родитель. Соответственно, их изменчивость крайне низка. И вредители уже хорошо знакомы и с их химическим составом, и с твердостью различных органов, и с другими параметрами. Большая специализация им просто не нужна. В то же время у двудомных растений изменчивость, наоборот, крайне сильна. В связи с этим насекомые, которые питаются только данным видом, вынуждены адаптироваться вместе со своей пищей. Они реагируют, например, на изменяющуюся твердость листьев. По словам ведущего исследователя проекта профессора Марка Джонсона (Marc Johnson), даже те химические вещества, которые растения выделяют, чтобы защищаться от врагов, «специализированных» насекомых, наоборот, привлекают. Собранные же образцы генетического материала и последующее компьютерное моделирование позволили предположить, что растения рода Onagraceae, размножающиеся половым путем, произошли позже своих сородичей. То есть в конечном итоге такой способ развития эволюционно более выгоден.

Вообще же растения не столь безобидны, как может показаться на первый взгляд. И если от привычной нам крапивы может серьезно пострадать только человек с сильными аллергическими реакциями, то против ряда своих врагов зелень способна применять отравляющие вещества.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.