A gyümölcs illata adaptáció az állati mag forgalmazók vonzására? • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Evolúció, botanika

A gyümölcs illata adaptáció az állati mag forgalmazók vonzására?

A nőstény vörösvértű lemur szagolja a gyümölcsöt, kiválasztja a legegyszerűbbet. A fa típusát a szerzők nem határozzák meg. A vita tárgyát képező cikkhez csatolt videó

Az angiosperms virágainak és gyümölcseinek alakja és színe számos jellemzőjét az állatokkal – pollinátorokkal és vetőmag-elosztókkal való együttélés magyarázza. Kevésbé világos, hogy az érett gyümölcs aromája olyan adaptáció, amely kifejezetten az állatok elterjedését célzó állatok vonzására fejlesztett ki. Ennek a hipotézisnek a vizsgálatához a német és a madagaszkári biológusok 30 növényfaj zöld és érett gyümölcsének illatát tanulmányozták a Ranomafana (Madagaszkár) nemzeti parkban. Kiderült, hogy 19 fajban, amelynek magjait kizárólag lemurák osztják szét, az érett és éretlen gyümölcsök aromája nagymértékben változik az általános intenzitásukban és az illékony anyagok készletében. A madarak által elosztott fennmaradó 11 fajban a gyümölcs illata kevéssé változik az érés során. Ez logikus, figyelembe véve, hogy a madarak az ételek kiválasztásakor gyönyörű színvilágukra és lemurájukra támaszkodnak, amelyek nem teszik különbséget a piros és a zöld között, a szagtól. Ezenkívül kiderült, hogy a lemurák jobban szippantják a gyümölcsöket, amelyek illata az érés során nagymértékben változik.Az eredmények összhangban vannak azzal a hipotézissel, hogy az érett gyümölcsök aromája olyan növényekben, amelyek magvakat osztanak lemiszakkal, jelzőfunkciót hajtanak végre, és tájékoztatják a lemurákat arról, hogy mely gyümölcsöket kell enniük. Az ilyen "kémiai kommunikáció" előnyös mind a növény, mind a lemur számára.

A virágzó növények evolúciós sikere nagyrészt annak a ténynek tudható be, hogy megtanulják, hogyan lehet hatékonyan kiaknázni az állatokat a beporzás és a vetőmag elosztása érdekében. Ismeretes, hogy a virágok formájának, színének és aromájának számos árnyalata finoman igazodik a pelyhesítő érzékszervi érzékeléséhez és viselkedéséhez (lásd például: A peszticidek versenye közösen virágzó fajokból áll, a szalanaceae különböző színű, Elements, 2014/05/15; A hibrid orchideák szokatlan ízlése hozzájárul speciation, "Elements", 2010.06.11.).

A tisztaság gyümölcseivel egy kicsit kevesebb. Az állatokat vonzó tápláló gyümölcsök sokszor egymástól függetlenül alakultak ki a különböző evolúciós virágzási vonalakban. Az ilyen gyümölcseket a legmodernebb családok képviselői találják meg. Ez nyilvánvalóan azt jelenti, hogy a vetőmag-elosztók által végzett kiválasztás fontos szerepet játszik a gyümölcsök fejlődésében. Azonban annak kérdésével kapcsolatban, hogy a gyümölcs bizonyos tulajdonságait milyen mértékben magyarázza az ilyen szelekció,továbbra is ellentmondásos. Ez különösen igaz a szagokra, mert a gyümölcs szaga tanulmányozása sokkal nehezebb, mint az alak vagy a szín.

Ma azonban ez a feladat teljesen megoldható. Fejlesztett hatékony módszereket és eszközöket a növények által kiválasztott illékony anyagok összegyűjtésére és elemzésére. Az illékony molekulákat úgy gyűjtik össze, hogy levegőt vezetnek a tartályból a vizsgált mintával, speciális abszorbens szűrőkön át, majd gázkromatográfiával és tömegspektrometriával analizálják.

Az ilyen vizsgálatok viszonylag nemrég kezdődtek, ezért a gyümölcs aroma jelfüggvényére vonatkozó rendelkezésre álló adatok még mindig eléggé töredékesek. Például kimutatták, hogy a nemzetségben ezek a fajok Ficus, amelynek magjait denevérek osztják szét, az aroma elsősorban intenzívebb, másrészt pedig erőteljesebben változik a gyümölcs érése során a fajhoz képest, amelynek magjait a madarak terjesztik. Ismeretes, hogy a denevérek főleg a szag által választott gyümölcsök, és a madarak megjelenésük szerint választanak (S. B. Lomáscolo és munkatársai, 2010. A diszpergálók a gyümölcsdiverzitást Ficus (Moraceae)). Egy másik tanulmányban kimutatták, hogy a gyümölcs szaga nagyon változik, amikor két faj dél-amerikai növényekből érkezik, amelyek magvakat szaporítják a majmok, de a másik kettő nem változik meg, amelyet a madarak osztanak meg (O. Nevo és munkatársai, 2016.).A gyümölcs illata mint érettségi jel a vetőmag-diszpergáló primereknek? Esettanulmány a neotropikus növényi fajokról). Ezeknek a vizsgálatoknak az a gyenge pontja, hogy nagyon korlátozott növényi körön végeznek.

Egy új, nagyobb léptékű tanulmány keretében a német és madagaszkári biológusok összehasonlították a zöld és érett gyümölcsök aromáját 30 fajta trópusi fák 15 családjához. A munkát a Madagaszkár délkeleti részén található Ranomafana Nemzeti Parkban (Ranomafana Nemzeti Park) végezték. A 30-ból 30 fajból a magvakat kizárólag lemurák terjesztik. Ez a "lemurozavisimosti" sok madagaszkári növényre jellemző. Ez a helyi ökoszisztémák sajátosságainak köszönhető: a lemurs itt sok réteget foglalt el, amelyeket más területeken más állatok kihasználnak. Ezzel szemben a Madagaszkáron élő gyümölcsevő madarak sokfélesége viszonylag kicsi. A vizsgált 30 faj közül csak 11 magvak terjednek el csak a járókelők, vagy a madarak és a lemurs.

A legtöbb lemurznak van egy dichromatikus látása: nem különböztetik meg a pirosat a zöldektől. A lemurusok általában éjszakai vagy szürkületi életstílussá válnak, sötétedéskor kevés a színvilág. Ugyanakkor a szaglásuk jól fejlett.A természetben előforduló lemur megfigyelései megerősítik, hogy az élelmiszerek kiválasztásakor főként a szag érzékelésére koncentrálnak (1. A Passerine-madarak éppen ellenkezőleg, a nappali órákban aktívak, kiváló színmegjelzésük van, és a szagok érzete kevésbé fejlett, mint a lemursé (ez különösen a szaglóérzékeny gének számával bírható). Ezért az étkezési gyümölcsök kiválasztásakor a madarakat a megjelenés vezérli, nem pedig a szagot.

A vizsgálat célja az volt, hogy megvizsgálja azt a hipotézist, miszerint a gyümölcsös aroma az evolúció során szerezhet jelzőfunkciót, oly módon változtatva, hogy a vetőmag-forgalmazók könnyen megértsék, mely gyümölcsöket kell fogyasztaniuk, és amelyeket nem szabad megérinteni. Az üzem számára előnyös, hogy a vetőmag-forgalmazó csak érett gyümölcsöket fogyaszt, és a zöldeket nyugodtan érlelje. Az is előnyös egy állat számára, mert az érett gyümölcsök táplálóbbak és könnyebben emészthetők. Ezért a kiválasztásnak támogatnia kell a növényekre utaló jeleket, amelyek segítenek megkülönböztetni az érett gyümölcsöket az éretlen, és az állatoktól annak érdekében, hogy ezeket a jeleket előnyükre használják. A hipotézisek ellenőrizhető következményekkel járnak, melyek közül három a vizsgált cikk szerzői által ellenőrizhető.

Az első következmény az, hogy azoknál a fáknál, amelyeknek a magvak lemresek, az érett és éles gyümölcsök illatának nagymértékben különböznie kell mind az intenzitás, mind a minőség tekintetében (azaz az illékony anyagok halmaza).

Az is feltételezhető, hogy a madarak által elosztott növényeknél az érett és az éretlen gyümölcs aromája közötti különbségnek kevésbé hangsúlyosnak kell lennie.

Ezenkívül számíthatunk arra, hogy a lemurs sokkal szigorúbb szagot ad azoknak a gyümölcsöknek, amelyeknek érzékenysége jobban megbízhatóan meghatározza a szagot (vagyis pozitív korrelációt kell kialakítani a szippantás intenzitása és az érett és éretlen magzat aromája közötti különbség nagysága között).

A szerzők tanulmányozták 434 éretlen és 428 érett gyümölcs szagát, amely 30 fajból származó 90 fából származott. Mindegyik fát külön elemeztük (azaz hasonlították össze az érett és éles gyümölcsök illatát ugyanarról a fáról, de nem ugyanabból a fajból származó különböző fákból). Így a tudósok igyekeztek minimalizálni az olyan külső tényezők hatását, mint például a talaj vagy a fényviszonyok, amelyek elvileg befolyásolhatják egy adott fa gyümölcseiből származó illékony anyagok mennyiségét és összetételét is.

Összesen 389 illékony szerves vegyületet azonosítottak a gyümölcs aromában: terpenoidok, aromás vegyületek, aldehidek, karbonsavak, alkoholok és alifás észterek (utóbbit csak bizonyos "lemur" fajok érett gyümölcseinek szaga érinti).

Minden egyes fa esetében két mutatót számoltak ki: 1) a magzat illatának intenzitásának megváltozása éréskor (az érett gyümölcsök által kibocsátott illékony anyagok teljes mennyisége az éretlen magzat hasonló értékéhez viszonyítva); 2) a szag összetételének megváltozása a gyümölcs érés ideje alatt (összehasonlították a különböző illatanyagok arányát a közös csokorban).

Kiderült, hogy a lemurs által elterjedt fajokban mindkét mutató szignifikánsan magasabb, mint azoknál a fáknál, amelyeknek a magvakat a madarak terjedik. A szag intenzitása, amikor a gyümölcs az első esetben több mint kétszeresére nő (átlagosan 2,31-szer), és a másodikban szinte nem változik. A Bray-Curtis különbözőségi indexének medián értéke, amelyet az érett és az éretlen gyümölcs illatának minőségi különbségeinek mérésére használtunk, 0,70 volt a "lemur" faj esetében és 0,52 a "madár" esetében (2. Így a három előrejelzés közül kettőt biztonságosan megerősítettek.

Ábra. 2. A – a gyümölcstermelés növekvő illata az érés során azokban a fákban fejezhető ki, amelyek magvakat lemurszal (Lemur specialist) terjesztenek, de nem olyanokra, amelyek magvakat csak madarak, madarak és lemursok (madárkeverék) terjesztenek. Vízszintes szaggatott vonal megfelel az érett és az éretlen gyümölcs illatának hányadának, ami egyenlő egy (ez azt jelenti, hogy a szag intenzitása nem változik éréskor). B – az érett és éretlen gyümölcsök ízének minőségi különbségei (a függőleges tengelyen – Bray-Curtis index) a "lemur" fáknál sokkal hangsúlyosabb, mint a "madár". Ábra a tárgyalt cikkből Tudomány előrehaladása

A harmadik előrejelzés tesztelésére a kutatók hat héten keresztül megfigyelték a vörösövises lemurok három csoportját (Eulemur rubriventer). A lemur és a fák egyik fajtájának gyümölcse között 534 esetben lehetett regisztrálni, ahol a gyümölcs illatát később tanulmányozták. Ezekben az epizódokban összesen kilenc lemur és a 30 fa közül hét volt érintett. A megfigyelések során a tudósok még mindig nem tudták, hogy bizonyos gyümölcsök illata érett állapotban változik. A lemur és a gyümölcs minden kölcsönhatását külön eseménynek tekintettük.Mindegyik ilyen eseményre a tudósok megjegyezték, hogy az állat szaglászta-e a gyümölcsöt étkezés vagy elutasítás előtt. Ennek eredményeképpen a hét fafaj mindegyikére kiszámították a szippantási indexet. Ez az index, mint kiderült, pozitív korreláció azzal, hogy mennyire változik a szag minőségi összetétele, amikor a gyümölcs érett. A teljes szag intenzitás növekedésével való korreláció statisztikailag nem szignifikáns (talán a kis mintaméret miatt).

Az eredmények általában jól illeszkednek az érett gyümölcs aromájának adaptív szerepének hipotéziséhez azokban a fákban, amelyeknek a magvakat lemursűríti.

Az egyik lehetséges kifogás az, hogy mindez "filogenetikai tehetetlenséggel" magyarázható. Más szóval, feltételezhető, hogy a magzat illata és változása az érés ideje alatt olyan konzervatív jelek, amelyek lassan és alig változnak az evolúció folyamán. Ebben az esetben az erőteljes szagváltozás, amikor a 19 "lemur" fákban érlelt gyümölcs egyszerűen ezeknek a fáknak az örököse a közös őstől, és a lemurseknek talán nincs semmi közük ehhez. Ezt ellenőrizheti a gyümölcs szaga és a genetikai affinitás hasonlóságának összehasonlításával.Ha a gyümölcs szaga (vagyis a szag hasonlósága a fák genetikai viszonyával korrelálódik), akkor az egyes növényfajtákra vonatkozó adatok nem tekinthetők független megfigyeléseknek, ha erõs "filogenetikai jel" van. Ez megkérdőjelezi az elemzés helyességét.

Azonban kiderült, hogy az evolúciós fa, amely a vizsgált 30 faj rokonsági kötődését tükrözi (3. ábra, balra), semmi köze az azonos növények hasonlóságának dendrogramjához az érett gyümölcsök illatával (3. A "lemur" és a "madár" fajok is teljes egészében eloszlanak az evolúciós fán. Ez azt jelenti, hogy az evolúció folyamán mind a jellemzők (és a gyümölcsök illata, a növények orientációja a lemurein vagy a madarakon) gyorsan és egyszerűen változnak. Ezekben az adatokban nincs "filogenetikai jel", ami azt jelenti, hogy a kutatási eredmények nem tulajdoníthatók a filogenetikai tehetetlenségnek.

Ábra. 3. Evolúciós fa 30 vizsgált faj (a bal oldalon) és az azonos faj hasonlóságának dendrogramja az érett gyümölcsök illatával (a jobb oldalon). A két fa közötti megfelelés hiánya azt sugallja, hogy az érett gyümölcs szaga rendkívül műanyag jel, amely könnyen változik az evolúció folyamán. A "lemur" faj nevét felvették kék betűtípus, "Madár" – piros. Kép a cikkből a vita során Tudomány előrehaladása

Azt is megállapították, hogy a különböző típusú "lemur" fák érett gyümölcseinek szaga minőségi összetételében teljesen más lehet. Ennek alapján a "lemur" fák általában nem hasonlítanak egymáshoz, mint azokhoz a fajokhoz, amelyeknek a magvakat elosztják a madarak (a 3. ábrán a megfelelő dendrogram vörös és kék ágai nincsenek csoportosítva). Nyilvánvalóan ez azt jelenti, hogy a lemurs által végzett kiválasztás csak az érett és éles gyümölcsök illatát megnöveli, de nem ad az összes érett gyümölcsnek az ízét, amely a "lemur" fákhoz közös. Az egyetlen fontos dolog egy növény számára, hogy egy lemur könnyedén meg tudja különböztetni az érett gyümölcsöt egy zöldtől. A növények nem próbálják "utánozni" más fajok számára, amelyeket a lemurs előnyben részesítenek: vagy azért, mert technikailag nehéz vagy azért, mert a lemurok kiváló munkát végeznek, hogy sok különböző szagot megjegyezzenek, hogy a szag mimika nem hozhat kézzelfogható előnyöket a növényeknek.

A szerzők azt is megállapították, hogy a "lemur" fákban a gyümölcstermelés érzékenységében bekövetkező változások két mutatója (az általános intenzitás növekedése és a kompozíció változása) pozitív korrelációt mutatnak egymással, míg a "madár" fák között nincs ilyen korreláció.Talán ez azt jelenti, hogy a madárfák gyümölcseinek szaga többé-kevésbé semleges tulajdonságként alakul ki, amely nem befolyásolja a magvak terjedését, ezért nincs egyértelmű kapcsolat a két mutató evolúciós változásai között. A "lemur" fákban a szag jelzőfunkciót hajt végre, amelyben lemurálja a gyümölcsöt, és különböző típusú "lemur" fáknál a vetőmag-terjedés hatékonysága e jelektől különböző mértékben függ. Ha a kapcsolat erős, akkor a kiválasztás egyidejűleg növeli mind a mennyiségi, mind a minőségi különbségeket egy érett és éretlen gyümölcs illata között – ezáltal a korreláció.

Így a tanulmány hozzáadott érveket a gyümölcsszag adaptív szerepére vonatkozó, a növényekre vonatkozó hipotézisek támogatóiról, amelyek magjait olyan állatok osztják szét, amelyek a szag érzékelésére támaszkodnak az élelmiszerek kiválasztásakor. Természetesen ez nem tekinthető szigorú bizonyítéknak. Elvileg feltételezhető, hogy a gyümölcsök illata olyan törvények szerint alakul ki, amelyek nem kapcsolódnak a lemurákhoz, és a lemurs egyszerűen csak kedvelik azokat a fákat, amelyek könnyű szagolni, mint egy éretlen gyümölcsöt éretlen.Ezzel szemben a lemuszok ilyen preferenciái nemcsak olyan növények fejlődését befolyásolhatják, amelyek magjait kizárólag lemurák terjesztik. Alig léteznek olyan evolúciós kölcsönhatások egy ilyen rendszerben, amelyek hiányoznak vagy szigorúan egyirányúak. Valószínűleg a lemurok is befolyásolják a gyümölcsök illatát, és a gyümölcsök illata befolyásolja a lemurs preferenciáinak kialakulását, vagyis maga a valós együtt evolúció foglalkozik.

Forrás: Omer Nevo, Diary Razafimandimby, Juan Antonio James Jeffrey, Stefan Schulz, Manfred Ayasse. A gyümölcs illata, mint egy evolúciós jel a főemlős mag diszperziójához // Tudomány előrehaladása. 2018. V. 4. P. aat4871. DOI: 10.1126 / sciadv.aat4871.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: