Η ανακάλυψη ενός μικρού αγοριού στην αυλή του άλλαξε την επιστήμη για πάντα

 Αν περπατήσει κανείς μέσα από ένα δάσος βελανιδιάς στα τέλη του καλοκαιριού ή το φθινόπωρο, θα δει φύλλα γεμάτα με μικρά, κομψά εξογκώματα , γνωστές ως κηκίδες (galls). 

Καθεμία είναι ένα «δωμάτιο» που δημιουργείται από το φυτό και περιβάλλει μια νεαρή σφήκα. Η προνύμφη μένει στο εσωτερικό, ενώ η βελανιδιά χτίζει τα τοιχώματα γύρω της. Όταν τα φύλλα πέφτουν, πολλές από αυτές τις κηκίδες πέφτουν στο έδαφος και τότε εμφανίζεται μια απρόσμενη συνεργασία.

Ορισμένα είδη μυρμηγκιών αντιμετωπίζουν κάποιες από αυτές τις κηκίδες όπως αντιμετωπίζουν και

τους σπόρους που τους «πληρώνουν» με λίγη τροφή. Μεταφέρουν τις κηκίδες στη φωλιά τους, τσιμπολογούν ένα «σνακ» και αφήνουν τον εσωτερικό θάλαμο άθικτο.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Penn State και το SUNY αποκάλυψαν μια μέχρι πρότινος άγνωστη αλληλεπίδραση εντόμου–φυτού–εντόμου. Η έρευνά τους δημοσιεύτηκε στο περιοδικό American Naturalist. Αυτή η περίεργη συνήθεια ανοίγει ένα παράθυρο στον φυσικό κόσμο, δείχνοντας πώς τα σήματα διαμορφώνουν τη συμπεριφορά, πώς αναπτύσσονται συμβιωτικές σχέσεις ανάμεσα σε είδη και πώς διαφορετικοί οργανισμοί μπορούν να καταλήγουν σε παρόμοια «κόλπα» και στρατηγικές.

Ο 8χρονος Hugo και τα μυρμήγκια

Όταν ο 8χρονος Hugo Deans εντόπισε έναν σωρό από μικροσκοπικές σφαίρες, κοντά σε μια φωλιά μυρμηγκιών κάτω από έναν κορμό δέντρου στην αυλή του, υπέθεσε ότι επρόκειτο για κάποιο είδος σπόρου. Όμως ο πατέρας του, Άντριου Ντινς — καθηγητής εντομολογίας στο Andrew Deans — τις αναγνώρισε αμέσως ως κηκίδες βελανιδιάς, ασυνήθιστες φυτικές αναπτύξεις που προκαλούνται από έντομα.

Αυτό που δεν είχε συνειδητοποιήσει αρχικά ήταν ότι αυτές οι μικρές κηκίδες αποτελούσαν ενδείξεις μιας απροσδόκητα περίπλοκης σχέσης μεταξύ μυρμηγκιών, σφηκών και βελανιδιών.  «Νόμιζα ότι ήταν σπόροι και ενθουσιάστηκα, γιατί δεν ήξερα ότι τα μυρμήγκια μαζεύουν σπόρους. Πάντα πίστευα ότι τα μυρμήγκια έτρωγαν ψίχουλα και πράγματα γύρω από το σπίτι», εξήγησε ο Hugo , που σήμερα είναι 13 ετών. «Μετά ενθουσιάστηκα ακόμη περισσότερο όταν ο μπαμπάς μου είπε ότι ήταν κηκίδες, επειδή ήταν τόσο ενθουσιασμένος. Με εξέπληξε που τα μυρμήγκια θα μάζευαν κηκίδες. Γιατί να το κάνουν αυτό;»

Αυτή η ανακάλυψη θα ανέτρεπε έναν αιώνα υποθέσεων σχετικά με το πώς αλληλεπιδρούν τα φυτά και τα έντομα.

Πώς λειτουργεί η μυρμηκοχωρία

Οι βιολόγοι χρησιμοποιούν τη λέξη «μυρμηκοχωρία» για μια απλή ανταλλαγή μεταξύ φυτών και μυρμηγκιών.  Αυτή η λέξη σημαίνει «διασπορά σπόρων από μυρμήγκια». Πολλοί σπόροι φέρουν ένα λιπαρό εξάρτημα που ονομάζεται ελαιόσωμα.

Τα μυρμήγκια μεταφέρουν τον σπόρο στη φωλιά τους, δαγκώνουν το ελαιόσωμα για τροφή και απορρίπτουν τον γυμνό σπόρο σε ένα ασφαλές σημείο. Το φυτό κερδίζει μεταφορά και ένα αξιοπρεπές μέρος για να φυτρώσει, ενώ τα μυρμήγκια παίρνουν θερμίδες.

«Στη μυρμηκοχωρία, τα μυρμήγκια λαμβάνουν λίγη διατροφή όταν τρώνε τα ελαιοσώματα, και τα φυτά αποκτούν τους σπόρους τους διασκορπισμένους σε έναν χώρο χωρίς εχθρούς», εξηγεί ο καθηγητής Deans . «Το φαινόμενο καταγράφηκε για πρώτη φορά πριν από 100 και πλέον χρόνια και διδάσκεται συνήθως σε φοιτητές βιολογίας ως παράδειγμα αλληλεπίδρασης φυτών και εντόμων».

Οι ερευνητές παρατήρησαν το ίδιο μοτίβο με τις κηκίδες βελανιδιάς που δημιουργούνται από δύο είδη σφηκών, τις Kokkocynips rileyi και Kokkocynips decidua. Οι κηκίδες αυτές σχηματίζονται πάνω στη μεσαία νεύρωση των φύλλων κόκκινης βελανιδιάς και έχουν ένα ανοιχτόχρωμο «καπελάκι». Αυτό το καπελάκι το ονόμασαν kapéllo, από την ελληνική λέξη «καπέλο». Σε κοντινές εικόνες φαίνεται ότι τα μυρμήγκια πιάνουν το kapéllo και μεταφέρουν την κηκίδα, ενώ η προνύμφη παραμένει στο εσωτερικό.

Μελέτη μυρμηγκιών, κηκίδων και σπόρων

Ο Deans και η ομάδα του ξεκίνησαν μια μελέτη σε ένα δάσος της Νέας Υόρκης για να εξετάσουν αν τα μυρμήγκια εκτιμούν τις κηκίδες όπως τους «αληθινούς» σπόρους που διασπείρουν. Τοποθέτησαν μικρά πιατάκια στο έδαφος με δύο τύπους «δολωμάτων»: δέκα σπόρους bloodroot (αιματόριζας) και δέκα κηκίδες K. rileyi. Το συνήθως υπεύθυνο είδος για τη διασπορά σπόρων στην περιοχή, το Aphaenogaster picea, εμφανίστηκε και άρχισε να εργάζεται γρήγορα. Σε περίπου μιάμιση ώρα, τα μυρμήγκια αφαίρεσαν τις κηκίδες με περίπου τον ίδιο ρυθμό που αφαίρεσαν και τους σπόρους.

Στο εργαστήριο, οι ερευνητές τοποθέτησαν μικρές ομάδες εργατριών Aphaenogaster μέσα σε τρυβλία Petri και τους παρουσίασαν τόσο σπόρους όσο και κηκίδες, καταγράφοντας κάθε κίνηση. Κατέγραψαν τις επαφές με τις κεραίες, τις επιθεωρήσεις με τις κάτω γνάθους και τα περιστατικά μεταφοράς.

Τα μυρμήγκια έδειξαν παρόμοιο ενδιαφέρον και για τα δύο αντικείμενα. Όταν χειρίζονταν κηκίδες, συνήθως άρπαζαν καπέλο (kapéllo)· όταν χειρίζονταν σπόρους, συχνά άρπαζαν το ελαιόσωμα.

                     

Ποιες κηκίδες προτιμούν περισσότερο τα μυρμήγκια

Μια δεύτερη εργαστηριακή δοκιμή εξέτασε την πηγή της έλξης χρησιμοποιώντας K. decidua. Κάθε πιατάκι προσέφερε τέσσερις επιλογές ταυτόχρονα: άθικτες κηκίδες K. decidua, σώματα κηκίδων K. decidua χωρίς το kapéllo, μόνο το kapéllo, και κηκίδες από άλλο είδος σφήκας που δεν σχηματίζει ποτέ kapéllo.

Τα μυρμήγκια αγνόησαν σε μεγάλο βαθμό τα γυμνά σώματα κηκίδων και τις άσχετες κηκίδες ελέγχου. Επικεντρώθηκαν στα απομονωμένα καπέλα (kapéllos) και στις άθικτες κηκίδες που διατηρούσαν ακόμη το «καπελάκι» τους.  Αυτό το μοτίβο «δείχνει» ξεκάθαρα το καπέλο ως το δέλεαρ.

Τα μυρμήγκια ακολουθούν περισσότερο τη χημεία παρά την εμφάνιση. Προηγούμενες μελέτες για τα ελαιοσώματα έδειξαν ότι μερικά ελεύθερα λιπαρά οξέα λειτουργούν ως σήματα του τύπου «σήκωσέ με και μετέφερέ με», με το ελαϊκό, το παλμιτικό και το στεατικό οξύ να επιτελούν συχνά το κύριο έργο.

Σε αυτή τη μελέτη, η ομάδα ανέλυσε τα καπέλα (kapéllos), το υπόλοιπο της κηκίδας, καθώς και ελαιοσώματα και σπόρους από δύο είδη φυτών. Επικεντρώθηκαν στα ελεύθερα λιπαρά οξέα, καθώς αυτά τα μόρια καθοδηγούν συνήθως την αναγνώριση. Η αέρια χρωματογραφία αποκάλυψε ότι τα kapéllos περιέχουν πολλά από τα ίδια λιπαρά οξέα που βρίσκονται στα ελαιοσώματα, συμπεριλαμβανομένων του λαυρικού, του παλμιτικού, του ελαϊκού και του στεατικού οξέος.

Το συνολικό μοτίβο των λιπαρών οξέων στα kapéllos έμοιαζε πολύ περισσότερο με ελαιόσωμα παρά με απλό ιστό κηκίδας ή ιστό σπόρου. Αυτή η χημική ομοιότητα βοηθά να εξηγηθεί γιατί τα μυρμήγκια αντιμετωπίζουν τα kapéllos σαν να ήταν ελαιόσωμα.

Πώς αυτό βοηθά τις σφήκες

Μικροσκοπικές τομές πρόσθεσαν μια ακόμη διάσταση. Το καπέλο (kapéllo) και το σώμα της κηκίδας διαφέρουν στη χρώση, κάτι που δείχνει ότι οι ιστοί περιέχουν διαφορετικές χημικές ενώσεις. Καθώς η κηκίδα ωριμάζει, το όριο ανάμεσα στο kapéllo και στο υπόλοιπο τμήμα της κηκίδας γίνεται έντονα ξυλώδες.

Η λιγνίνη σκληραίνει αυτό το σημείο και δημιουργεί μια ενσωματωμένη γραμμή θραύσης ώστε το kapéllo να μπορεί να αποκοπεί από το σώμα της κηκίδας, ακριβώς όπως τα ελαιοσώματα διαχωρίζονται από τους σπόρους. Η μορφή ταιριάζει με τη λειτουργία.

Συνολικά – συμπεριφορά, χημεία και ανατομία – τα στοιχεία δείχνουν σύγκλιση. Τα φυτά εξέλιξαν τα ελαιοσώματα στους σπόρους τους. Τα ραβδόμορφα έντομα (stick insects) ανέπτυξαν capitula στα αυγά τους.

Αυτές οι σφήκες εξέλιξαν τα kapéllos πάνω στις κηκίδες βελανιδιάς, χειραγωγώντας την ανάπτυξη του φυτού. Σε κάθε περίπτωση, ένα μικρό, λιπαρό εξάρτημα «χακάρει» τη συμπεριφορά των μυρμηγκιών και τα μετατρέπει σε δωρεάν μεταφορείς και φύλακες.

Σε αντίθεση με τους σπόρους, οι ενήλικες σφήκες μπορούν να πετούν, επομένως η απόσταση δεν είναι το κύριο όφελος. Η προστασία είναι το πιθανότερο κέρδος. Οι φωλιές των μυρμηγκιών είναι υπόγειες, χημικά προστατευμένες και γεμάτες με αντιμικροβιακές ουσίες που τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν για να διατηρούν την υγεία τους. Μια κηκίδα που καταλήγει σε μια τέτοια φωλιά μπορεί να γλιτώσει από πουλιά, τρωκτικά και παρασιτικές σφήκες που ψάχνουν στο δάσος. Μπορεί επίσης να αποφύγει ή να αντέξει μύκητες που ευδοκιμούν έξω από τη φωλιά.

Μυρμήγκια, κηκίδες, σφήκες και βελανιδιές

Οι σπόροι που διασπείρονται από μυρμήγκια αποτελούν μόνο ένα μικρό μέρος της φυτικής ποικιλίας, αλλά οι κηκίδες βελανιδιάς μπορούν να καλύψουν ολόκληρο το δάσος. Σε ορισμένες περιοχές χρησιμοποιούνταν ιστορικά ως τροφή για ζώα. Αυτός ο όγκος υποδηλώνει ένα κρυφό ρεύμα «διασποράς» μέσω μυρμηγκιών που περιλαμβάνει περισσότερα από απλούς σπόρους. Αν τα μυρμήγκια ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένα χημικά σήματα, τότε οποιονδήποτε οργανισμός – φυτό ή ζώο – που μπορεί να τοποθετήσει τα σωστά μόρια στην επιφάνεια του μπορεί να εισέλθει στο δίκτυο μεταφοράς.

Αυτή η τριμερής αλληλεπίδραση – βελανιδιές, σφήκες, μυρμήγκια – ίσως διαμορφώνει τα μικροπεριβάλλοντα με τρόπους που συνήθως δεν υπολογίζουμε. Η μεταφορά των κηκίδων υπόγεια μεταβάλλει τις διαδρομές των θρεπτικών στοιχείων και των πιθανών παθογόνων, αλλά και τα σημεία όπου μικροσκοπικοί θηρευτές και παράσιτα βρίσκουν θηράματα. Αλλάζει ακόμη και τα σημεία όπου οι μικροοργανισμοί έρχονται σε επαφή με τον φυτικό ιστό.

 

Νευροχημικά σήματα κινητοποιούν αυτές τις μεταβολές, και ένα μικρό «καπελάκι» με τη σωστή χημική σύνθεση αρκεί για να θέσει σε κίνηση ολόκληρη την αλυσίδα. Αυτή η απίστευτη, φυσική διαδικασία ήταν εκεί όλο αυτόν τον καιρό, κρυμμένη σε κοινή θέα, αλλά χρειάστηκε η περιέργεια ενός 8χρονου αγοριού για να την παρατηρήσει, αλλάζοντας έτσι τα επιστημονικά εγχειρίδια για πάντα.

Από το enikos