В засуху деревья «покупают» у муравьев защиту

В периоды нехватки воды лавровые деревья Эквадора активизируют свои запасы тягучего лакомства, которое приводит живущих на этих деревьях муравьёв защитников в перевозбуждённое состояние, и заставляет защищать деревья от потери листьев из-за вредителей.

Испытывающие дефицит воды тропические лесные деревья поддерживают производство большего количества медовой росы, сладкого выделения, поглощаемого муравьями рода Azteca, которые обитают в полостях стебля лавровых деревьев.

В свою очередь колонии муравьев резко увеличивают своё число и более решительно защищают обеспечивающую жизнь дерева листву.

Взаимовыгодное сотрудничество между лавровыми деревьями и муравьями, которое к тому же включает в себя и крошечных, питающихся соком и производящих медовую росу жучков, известных как червецы, является хорошо известным примером того, что экологи называют мутуализм.

Теоретические исследования прогнозируют, что мутуализм должен проявлять себя сильнее в условиях обеднения ресурсов, но до сих пор не было никаких доказательств, поддерживающих эту теорию.

В статье, опубликованной 5 ноября в онлайн журнале «PLОS Biology», эколог из Мичиганского университета Элизабет Прингл и ее коллеги выделяют четкий случай усиленного стрессом мутуализма муравьи-дерево и высказывают предположения о возможном механизме, лежащем в его основе, и базирующимся на межвидовом углеродном обмене.

Результаты их исследования демонстрируют, что деревья в засушливых районах покупают страховку для своих листьев, в виде усиленной защиты муравьев, и оплачивают её углеродом, разменной монетой этого мира.

Как предполагает Элизабет Прингл, возможно все случаи мутуализма растение-животное могут использовать подобную «модель страхования».

И наблюдавшийся в исследовании тип ответа на связанный с водой стресс может оказаться более актуальным уже в ближайшем будущем, по мере того как будет усиливаться засуха связанная с изменением климата.

Мы продемонстрировали, что деревья и их защитники муравьи больше вкладываются друг в друга в сухие периоды, когда уровень стресса растёт, – рассказывает Прингл. – Мы наблюдали за этим явлением, происодящем вдоль всего побережья от Мексики до Коста-Рики, а затем мы поняли, что это можно объяснить углеродным обменом.

Для того, чтобы проверить, усиливает ли ограничение воды защитный мутуализм между растущими в Эквадоре лавровыми деревьями (Cordia alliodora) и муравьями рода Azteca (Azteca pittieri), Прингл и ее коллеги изучали данное взаимодействие в 26 местах в сезонно засушливых тропических лесах вдоль Тихоокеанского побережья на юге Мексики и Центральной Америки.

Этот прибрежный участок охватывают около 2300 км и отличается ежегодным четырёхкратным увеличением осадков от самой северной до самой южной точки.

Эквадорские лавры являются лиственными деревьями, теряющими свои листья во время сухого сезона и отращивающие новые каждый сезон дождей. Прингл и ее коллеги обнаружили, что сила мутуализма между деревьями и муравьями – измеренная исходя из вложений деревьев в сахар для муравьев и защиты муравьями листьев – была выше в местах с более продолжительными сухими сезонами.

Лавровые деревья не кормят муравьев сахаром напрямую. Вместо этого, они дают приют червецам, хорошо знакомым садоводам обычным вредителям, которые производят медовую росу.

И именно червецы выступают посредниками в этой системе: через червецов, деревья косвенно платят углеродную плату, в виде сока с высоким содержанием сахара, который перегоняется червецами в медовую росу и потребляется муравьями в обмен на их услуги защитников.

Прингл и ее коллеги выяснили, что в изучавшихся ими сухих местах лавровые деревья поддерживают более высокую популяцию червецов, которые в свою очередь производят больше медовой росы. Соответственно, и колонии муравьев, пирующие на этом празднике щедрости, куда больше и гораздо эффективнее защищают деревья, быстрее реагируя на любые вторжения.

Когда патрулирующие всю поверхность дерева муравьи сталкиваются с листогрызущими насекомыми, они начинают кусать это насекомое до тех пор, пока он не падает с дерева, – объясняет Прингл.

Мы обнаружили, что в более засушливых районах большие по численности колонии муравьев, гораздо быстрее обнаруживают таких злоумышленников, и колония посылает больше муравьев атаковать и прогонять листоедов.

За счёт фотосинтеза листья улавливают большее количество энергии солнечного света и используют её для преобразования углекислого газа и воды в основывающиеся на углероде углеводы, которые используются в качестве пищи самими деревьями, червецами и муравьями.

Потеря листьев или дефолиация в более засушливых районах представляет собой большую потенциальную угрозу, потому что произрастающие там лавровые деревья обладают меньшими запасами углерода, а более короткий сезон дождей означает, что у них будет меньше времени для замены потерянных листьев.

Тот факт, что лавровые деревья в засушливых районах платят своим защитникам муравьям более высокую «заработную плату» предполагает, что потенциальные издержки дефолиации перевешивают относительно скромные затраты на поддержание большего количества муравьев.

Прингл и ее коллеги использовали математическую модель, чтобы проверить эту идею, проследив относительные затраты и выгоды обмена углеродом между деревьями и муравьями с учётом различной продолжительности сезонов дождей.

Как фермеры оплачивающие страховку урожая, деревья в сухих районах страхуют свои активы: заранее внося умеренную плату, чтобы не потерять все свои листья из-за вредителей в будущем.

Очень важно то, что ключевым фактором окружающей среды в этой системе является количество осадков, которое, вероятно, резко изменится в ближайшие годы в связи с изменением климата, – подводит итог Элизабет Прингл.

По мере изменения климата, увеличение частоты экстремальных погодных явлений, таких как засуха, может вместе с редкими биологическими событиями, такими как резкое увеличение числа насекомых-вредителей, очень сильно изменить экологию и эволюцию растительно-животных взаимодействий.