Тропические лесные деревья, подверженные водному стрессу, способствуют производству большего количества медвяной росы — сладких выделений, поглощаемых муравьями ацтеков, которые гнездятся в полостях стеблей лавра. В свою очередь, колонии муравьев увеличивают свою численность и более энергично защищают жизненно важную листву.Взаимовыгодное взаимодействие между лаврами и муравьями, в котором также участвуют крошечные сосущие сок насекомые, называемые щитовками, которые производят падь, является хорошо известным примером того, что экологи называют мутуализмом. Теоретические исследования предсказывают, что мутуализм должен быть сильнее в условиях нехватки ресурсов, но до сих пор было мало доказательств в поддержку этой теории.
В статье, опубликованной 5 ноября в журнале PLOS Biology, эколог Мичиганского университета Элизабет Прингл и ее коллеги определили четкий случай усиленного стрессом мутуализма муравьиного дерева и предложили возможный механизм, лежащий в его основе. о межвидовом углеродном обмене. Их результаты показывают, что деревья на более сухих участках покупают страховку для своих листьев в виде усиленной защиты от муравьев и платят за это углеродом, монетой государства.
По словам Прингла, научного сотрудника Мичиганского общества стипендиатов и доцента кафедры экологии и эволюционной биологии и Школы природных ресурсов и окружающей среды, все взаимозависимости растений и животных могут использовать аналогичную «модель страхования». И тип реакции на стресс, вызванный водой, наблюдаемый в исследовании, может быть более распространенным в будущем, если засухи станут более суровыми с изменением климата, сказала она.
«Мы показываем, что деревья и их защитные муравьи больше вкладываются друг в друга в более сухих и стрессовых условиях», — сказал Прингл. «Мы видели, как это происходило на побережье от Мексики до Коста-Рики, а затем мы поняли, что это можно объяснить углеродным обменом».Чтобы проверить, усиливает ли ограничение воды защитный мутуализм между эквадорскими лавровыми деревьями (Cordia alliodora) и муравьями ацтека (Azteca pittieri), Прингл и ее коллеги изучили взаимодействие на 26 участках в сезонно засушливых тропических лесах вдоль тихоокеанского побережья южной Мексики и Центральной Америки. .
Прибрежные участки простираются на 1426 миль, при этом годовое количество осадков увеличивается в четыре раза от самого северного к самому южному участку. Результаты, представленные в PLOS Biology, основаны на наблюдениях, а также на полевых экспериментах, физиологических данных и эволюционной модели.Лавры Эквадора лиственные, сбрасывают листья в засушливый сезон и отрастают новые каждый сезон дождей. Прингл и ее коллеги обнаружили, что сила мутуализма между деревьями и муравьями, измеряемая по вложению деревьев в сахар для муравьев и защите листьев муравьями, была выше на участках с более продолжительным засушливым сезоном.
Лавровые деревья не кормят муравьев сахаром напрямую. Вместо этого они являются хозяевами насекомых-щитовок, знакомых садоводам как обычных вредителей на заднем дворе, которые производят медвяную росу.
Чешуйчатые насекомые являются посредниками в этой рэкету защиты: через них деревья косвенно платят муравьям углеродный сбор в виде богатого сахаром сока, который перегоняется в медвяную росу, в обмен на охрану.Прингл и ее коллеги обнаружили, что на более сухих участках исследования лавровые деревья поддерживают больше щитовок, которые, в свою очередь, производят больше медвяной росы.
Колонии муравьев, которые питаются этой наградой, соответственно больше и эффективнее защищают деревья, быстрее реагируя на беспокойство.«Когда муравьи, патрулирующие поверхность дерева, сталкиваются с насекомым-листоедом, они кусают насекомое, пока оно не падает с дерева», — сказал Прингл. «Мы обнаружили, что в более засушливых местах более крупные муравьиные колонии с большей вероятностью обнаруживают таких незваных гостей, и колонии посылали больше муравьев, чтобы напасть на листоедов и прогнать их».Посредством фотосинтеза листья улавливают энергию солнечного света и используют ее для преобразования углекислого газа и воды в углеводы на основе углерода, которые используются в пищу деревьями, щитовками и муравьями. Дефолиация представляет собой большую потенциальную угрозу на более засушливых участках, потому что лавры там имеют меньшие запасы углерода, а более короткий сезон дождей означает, что у них меньше времени, чтобы заменить потерянные листья.
Тот факт, что лавровые деревья на более засушливых участках платят своим защитникам от муравьев более высокую «зарплату», предполагает, что потенциальные затраты на дефолиацию перевешивают относительно скромную цену содержания большего количества муравьев.
Прингл и ее коллеги использовали математическую модель, чтобы проверить эту идею, изучив относительные затраты и выгоды от торговли углеродом между деревьями и муравьями в сезон дождей различной продолжительности.Их модель страхования, согласно которой муравьи защищают деревья от редких, но опасных для жизни случаев дефолиации, лучше всего соответствует наблюдениям, полученным на 26 участках. Подобно фермерам, покупающим страховку урожая, деревья на более сухих участках, похоже, подстраховывают их ставки: они платят скромную сумму заранее, чтобы в будущем не потерять все свои листья из-за вредителей.По словам исследователей, ограничение воды вместе с риском травоядности увеличивает силу мутуализма, основанного на углероде.
Модель страхования предполагает, что нечастые, но потенциально смертельные нападения насекомых могут стимулировать эволюцию мутуалистических стратегий древесных муравьев при различных режимах осадков. Исследователи предполагают, что наблюдаемые различия между сухими и влажными участками могут отражать генетическую адаптацию к местным условиям.
«Важно, что ключевым экологическим фактором в этой системе являются осадки, которые, вероятно, резко изменятся в ближайшие годы с изменением климата», — сказал Прингл. «По мере изменения климата учащение экстремальных погодных явлений, таких как засуха, может действовать вместе с редкими биологическими явлениями, такими как вспышки насекомых-вредителей, чтобы глубоко изменить экологию и эволюцию взаимодействия растений и животных».