Выводы Пола Глаума из Мичиганского университета и Андре Кесслера из Корнельского университета помогают объяснить сохранение некоторых растительных сообществ, когда теория предсказывает, что они должны исчезнуть. Публикация работы запланирована на 11 декабря в Nature Communications.
«Мы изучили, как сигналы химической защиты растений, предназначенные для отпугивания травоядных, могут также отпугивать опылителей», — сказал Глаум, докторант факультета экологии и эволюционной биологии Университета штата Мэриленд. «Удивительный результат модели состоит в том, что, хотя это может привести к потере приспособленности для людей, популяционные эффекты могут быть положительными для опылителей и растений при некоторых обстоятельствах».Многие растения, в том числе дикие виды томатов, использованные в этом исследовании, производят химические соединения для отпугивания насекомых-вредителей и других голодных травоядных. Но те же самые химические средства защиты могут уменьшить количество посещений растения опылителями, такими как пчелы, что приведет к меньшему опылению отдельных растений и замедлению роста.
«Биологи ломали голову над тем, как поддерживать такой дорогостоящий защитный механизм в этих популяциях растений», — сказал Глаум. «Как будет сохраняться популяция растений с такой стратегией?»Глаум и Кесслер разработали компьютерную модель, показывающую, что снижение роста отдельных растений может принести пользу общей популяции и устойчивости сообщества, косвенно контролируя рост популяции травоядных.
Результаты вводят механизмы устойчивости в сообществах, ранее считавшихся склонными к исчезновению в теоретических моделях.Помидоры и другие растения производят репелленты, называемые летучими органическими соединениями, в ответ на нападения травоядных. Присутствие этих так называемых летучих органических соединений, вызываемых травоядными животными, может сделать растение менее привлекательным для опылителей, что может уменьшить отложение пыльцы и негативно повлиять на отдельные растения — эффект, известный как ограничение опылителей, вызванное травоядными животными.
Предыдущие исследования моделирования рассматривали прямое воздействие травоядных на трехвидовое сообщество: цветущее растение, опылитель и травоядное животное. Некоторые из этих исследований предсказывали вымирание, потому что рост популяций травоядных уменьшит количество растений, ограничивая ресурсы, доступные опылителям. В результате популяция опылителей сократится, что приведет к снижению воспроизводства растений.Нисходящая спираль
Но Глаум и Кесслер пришли к другому выводу, когда они включили ограничение опылителей, вызванное травоядными животными (HIPL), в свою модель, что позволило им изучить более широкое, более косвенное влияние травоядных на устойчивость популяции растений и динамику сообщества.«Мы показываем, что включение в модели таких механизмов, как HIPL, создает потенциал для неожиданных эффектов на уровне популяций и сообществ, которые могут снизить тенденцию к вымиранию и фактически поддержать настойчивость сообщества», — писали они.Исследование моделирования предполагает, что вызванное травоядными животными высвобождение защитных химических соединений ограничивает рост популяции как опылителя, так и цветкового растения, тем самым временно и косвенно ограничивая рост популяций травоядных и предотвращая их вымирание.Глаум и Кесслер создали модель, используя данные серии полевых экспериментов на тихоокеанском склоне перуанских Анд, проведенных Кесслером и его сотрудниками с использованием дикорастущих томатов Solanum peruvianum.
Это растение подвергается атакам различных травоядных насекомых и опыляется дикими пчелами.Исследователи измерили как высвобождение летучих органических соединений, вызванных травоядными животными (HI-VOC), дикими томатами, так и посещения опылителей на разных уровнях травоядности, чтобы определить, как опыление пчелами изменяется в зависимости от количества травоядных, испытываемых растением.
Было обнаружено, что в полевых условиях травоядность растений томатов значительно снижает количество посещений опылителей из-за высвобождения HI-ЛОС. Однако исследование с использованием моделирования показало, что взаимовыгодные отношения между цветущим томатом и его пчелами-опылителями — а также всей системой — могут сохраняться за счет более высоких показателей травоядности, чем предполагали ранее исследователи.