Существует три основных типа мутуалистических отношений между растениями и насекомыми: защита, опыление и распространение семян.
1. Защита
Муравьи и растения имеют долгую эволюционную историю партнерства друг с другом. Некоторые растения и муравьи живут и работают вместе так долго, что растения вырастили специальные структуры, чтобы кормить или размещать своих полезных друзей.
Растения, имеющие мутуалистические отношения с муравьями, называются мирмекофитами, что означает «муравьиное растение». Существует более 100 различных видов мирмекофитов. У мирмекофитов есть особые структурные приспособления, называемые доматиями, которые обеспечивают муравьям убежище. Одним из часто цитируемых примеров домации являются увеличенные шипы на деревьях акации, которые муравьи выкапывают и используют в качестве убежища. Дерево также дает муравьям сладкий сок, которым они могут питаться. В свою очередь, муравьи агрессивно защищают дерево акации от травоядных.
Другое партнерство растений и муравьев, похожее на муравьев и акацию, существует в регионах от южной Мексики до северной Аргентины. Цекропия — одно из самых выдающихся растений-первопроходцев в этой области. Их успех во многом обусловлен множеством особых адаптаций, в том числе их близкими мутуалистическими отношениями с муравьями ацтеков (на фото слева).
Когда растения Cercropia являются саженцами, королевы муравьев ацтеков прогрызают отверстие в небольшой ямочке, расположенной на листе. Стенка растения в этой области более неглубокая, поэтому муравьи легко могут раскопать именно это место. Оказавшись внутри, королева соскребает внутренние ткани и затыкает ими просверленное ею отверстие. Затем королева откладывает яйца и ухаживает за личинками, пока не появятся рабочие.
Растения Cecropia очень быстро растут и образуют полые междоузлия каждые одну-четыре недели. Полые междоузлия обеспечивают среду обитания с контролируемой температурой для колоний ацтекских муравьев. Муравьи могут использовать ткани, выстилающие междоузлия, для создания организационных структур внутри междоузлий. Эта ткань также обеспечивает муравьев питательным источником пищи. Но это не единственная пища, которую растение дает муравьям. У основания каждого листа есть специализированные структуры, образующие богатые гликогеном пищевые тела, которые идеально помещаются между челюстями рабочих. Растения также являются дополнительным источником пищи под листьями, богатыми жирами.
В обмен на еду и кров колония муравьев защищает дерево от травоядных и конкурирующих растений. Круглосуточно рабочие патрулируют стебли и листья дерева. Если на дереве окажется травоядное насекомое, муравьи быстро нападут на него своими острыми челюстями. Они также будут яростно нападать на ленивцев и обезьян, сотнями забираясь на них. Помимо защиты дерева, муравьи ацтеки также очищают поверхность листьев от грязи и мусора, чтобы листья могли лучше улавливать солнечный свет для фотосинтеза. Если чужеродное растение, например виноградная лоза, коснется дерева, муравьи уничтожат стебель вторгшегося растения. Муравьи также оплодотворяют хозяина, создавая кучи мусора внутри междоузлий.
2. Опыление
Растения также развили мутуалистические отношения с животными, что помогает им успешно опылять. Существует два основных способа опыления растений: опыление ветром и опыление животными. Такие растения, как травы, которые живут на открытых участках с сильным ветром, будут использовать опыление ветром. Недостатком опыления ветром является то, что оно неточно. Пыльца может приземлиться везде, где дует ветер. Очень немногие зерна пыльцы попадают на рыльце пестика других цветов, не говоря уже о цветках правильного вида. Чтобы преодолеть это препятствие, опыление некоторых растений зависит от животных. Некоторые растения опыляются птицами, например колибри. Небольшое количество растений опыляются крысами. Подавляющее большинство растений, безусловно, опыляются насекомыми.
Цветы — основной способ привлечения насекомых. Яркие, красочные цветы привлекают пчел, мух, бабочек и мотыльков внутри цветка, чтобы собрать нектар и пыльцу. У некоторых цветов на лепестках имеются линии, которые направляют насекомых вниз, к цветку. Другие цветы имеют сладкий запах, привлекающий опылителей издалека.
Цвет цветка и его аромат привлекают определенные виды насекомых. Пчел привлекают желтые, синие и фиолетовые цветы со сладким свежим ароматом. Бабочки предпочитают красные, желтые и синие цветы. Мотыльки фокусируются на цветах, которые более заметны ночью, например, на белых или бледно-зеленых цветах с сильным сладким ароматом. Коричневые, фиолетовые или тусклые цветы с сильным фруктовым запахом привлекают жуков. Мухи предпочитают фиолетовые или коричневые цветы, которые пахнут разлагающейся плотью.
Награда насекомого довольно постоянна: растение дает им нектар и/или пыльцу.
Перемещаясь от цветка к цветку, собирая нектар, насекомые распространяют пыльцу растений на другие цветки того же растения и на цветы соседних растений. Многие растения не привередливы к тому, какие насекомые их опыляют. Эти цветы имеют открытые цветки чашеобразной формы, на которые любое насекомое может приземлиться, собрать и распространить нектар. Например, астры, маргаритки и черноглазые Сьюзены имеют лучевые или дискоцветные цветы, которыми может воспользоваться любое насекомое. Эти цветы «открытого доступа» могут использоваться всеми видами насекомых, но особенно они используются медоносными пчелами, шмелями и одиночными пчелами для сбора пыльцы, перемещаясь по внутренней части цветка по кругу. Иногда шмели вибрируют крыльями в этих цветах, чтобы сбросить пыльцу. Пчелы собирают пыльцу в свои «корзины для пыльцы» на своих ногах.
Другие растения более избирательны и имеют структурные приспособления, позволяющие опылять их только одному виду насекомых. Например, трилистник птичьей лапки — распространенное растение гороха, выращиваемое в Северной Америке. Его цветок очень сложный, из-за чего насекомым очень трудно проникнуть внутрь и собрать нектар или опылить. Только пчелы способны проникнуть в соцветия трилистника из фольги на птичьей лапке. В частности, медоносные пчелы лучше всех находят путь внутрь. Когда пчела приземляется на этот цветок, она сразу замечает направляющие линии внутри верхнего лепестка, указывающие на основание. Однако нектар не в основе. В поисках нектара ноги пчелы раскрывают лепестки и обнажают килевой лепесток внутри. Вес пчелы на лепестке киля заставляет киль отскакивать вниз, как батут, что заставляет лепестки раздвигаться. Тычинки внутри киля покрыты пыльцой. Они выскакивают и пылит брюшко пчелы. При этом пистолет касается и брюшка пчелы. Если у пчелы есть пыльца с другого цветка, она прилипнет к пистолету и опылит цветок.
Цветки с губами, такие как этот цветок шалфея, а также представители семейства гороховых, имеют специализированные структуры с губой в передней части цветка, которая служит посадочной площадкой. Пчела просовывает голову в цветок, чтобы добраться до нектара, который выделяется в задней части цветка. При этом цветок помещает пыльцу на заднюю часть грудной клетки пчелы. Пчеле очень трудно удалить пыльцу с этого места. Это гарантирует, что пчела перенесет пыльцу с цветка на цветок для успешного опыления.
Растения с небольшими трубчатыми центрами, такие как обриета, посещаются мотыльками и бабочками. Они просовывают свой длинный тонкий хобот в центр цветка, чтобы выпить нектар.
Разные виды маргариток истребляют разные виды насекомых. Некоторые маргаритки имеют твердые желтые центры, похожие на пуговицы, состоящие из крошечных цветочков. Эти цветы слишком малы для большинства пчел, поэтому привлекают лишь небольшое количество насекомых-опылителей. У этого девясила маленькие цветочки, которые бабочки используют в качестве источника нектара.
Растения юкки и мотыльки юкки имеют очень близкие отношения друг с другом. Эта связь особенно важна, поскольку растение юкка и ее моль не могут выжить друг без друга. Опылять растение юкка можно только с помощью юкковой моли. Когда самка моли готова отложить яйца, она отправляется в цветок юкки, чтобы собрать пыльцу. У бабочек юкки возле рта есть два коротких щупальца, которыми они соскребают пыльцу с пыльников растения. Затем мотылек собирает липкую пыльцу в комок, сует его себе под голову и летит к другому цветку юкки. Достигнув второго цветка юкки, она направляется прямо к нижней части цветка, чтобы найти завязь. Затем она создает небольшое отверстие в яичнике и откладывает внутрь яйца. После того как яйца отложены, самка бабочки соскребает небольшое количество пыльцы с липкого комка, который она положила под голову. Она подходит к рыльцу цветка и складывает пыльцу в крошечное углубление в стиле цветка. Когда яйца вылупляются, личинки поедают семена юкки внутри плода.
3. Распространение семян
Использование насекомых для распространения семян встречается реже, чем использование животных для распространения семян. Однако существуют некоторые очень интересные взаимоотношения распространения семян растений и насекомых.
Вероятно, самым интересным примером распространения семян насекомыми является навозный жук (на фото слева с навозом). Эти маленькие насекомые известны тем, что перекатывают навоз, пока не найдут место, где его можно закопать и защитить от животных, питающихся навозом. Навоз позже съедается и используется для откладки яиц. Исследователи из Южной Африки обнаружили, что семена растения под названием Ceratocaryum argenteum имитируют кусок навоза животных. Эти семена твердые и имеют резкий запах, очень похожие на помет антилопы. Запах и внешний вид заставляют навозных жуков думать, что они нашли навоз животных. Навозные жуки откатывают семена и помогают растению заселить новые участки.
Другие виды растений в Южной Африке используют муравьев для распространения семян. Муравьи собирают семена и приносят их в свои гнезда. Семена, распространяемые муравьями, имеют на внешней поверхности небольшие структуры, называемые элайосомами, которые привлекают муравьев. Муравьи не вредят семени, поедая элайосомы. Фактически, в некоторых случаях семена прорастают легче, если муравьи удаляют элайосомы.
Семена других растений распространяются жуками, осами, трипсами и некоторыми видами моли. Семена можно разбрасывать, просто сбив семя с растения на землю. В других случаях семена могут переноситься на большее расстояние от растения. Некоторые насекомые используют семена для других целей.
Семена эвкалипта Кадаги, произрастающего в Австралии, содержат смолу, которую пчелы используют для строительства своих гнезд. Когда пчелы собирают смолу, они непреднамеренно уносят с собой и липкие семена. Пчелы как можно скорее выбрасывают семена, чтобы они не засоряли свои гнезда. Поскольку пчелы добывают корм на довольно большом расстоянии от своих гнезд, семена можно собирать на значительном расстоянии от родительского растения. Конечно, это поможет растению только в том случае, если семя попадет в подходящее для роста место.
Эти уникальные и специализированные симбиотические отношения являются интересной темой для дальнейших исследований и обсуждений, и многие партнерства растений и насекомых, полезные для опыления, можно наблюдать в садах и полях рядом с вами!