Джмелі в лабораторній колонії. Лейф Річардсон, CC BY-NC-ND

Шукайте інформацію про "самолікування", і ви, мабуть, знайдете описи незліченних способів використання нами наркотиків для вирішення проблем. Насправді споживання біологічно активних молекул - багато з яких походять від рослин - для зміни нашого тіла та розуму здається суттєвою людською рисою.

Але рослини також мають важливе місце в раціоні багатьох тварин. Зростаючий орган дослідження припускає, що деякі тварини можуть отримувати лікарську користь від хімії рослин і, можливо, навіть шукати ці хімікати, коли хворі. Шимпанзе їдять певне листя що є властивості, що вбивають паразитів. Спостерігалися вагітні слони поїдання рослинної сировини з дерев, які люди використовують для спонукання до праці. Можливо, ви навіть бачили, як ваша домашня собака чи кішка їсть траву - що не забезпечує їм харчування - у тому, що вважається спробою самостійно лікувати нудоту, викликаючи блювоту.

У своєму дослідженні я розглядав, як на джмелів впливають ці види біологічно активних сполук. З колегами я виявив, що певні рослинні хімічні речовини, що містяться в природі в нектарі та пилку, можуть принести користь бджолам, інфікованим патогенами. Бджоли можуть навіть змінити свою поведінку на видобуток їжі при зараженні, щоб максимально зібрати ці хімічні речовини. Чи можуть рослинні хімічні речовини, що трапляються в природі, бути частиною вирішення тривожного спаду диких і керованих бджіл?

Чому рослини роблять ці хімічні речовини?

На додаток до сполук рослини виконують «первинні» завдання фотосинтезу, росту та розмноження, рослини також синтезують так звані сполуки вторинного метаболіту. Ці молекули мають багато цілей, але головним серед них є захист. Ці хімічні речовини роблять листя та інші тканини неприємними або отруйними для рослиноїдних тварин, які в іншому випадку можуть зникнути.

Багато дослідження коеволюції центр взаємодії рослин і рослиноїдних тварин, опосередкований хімією рослин. `` Гонка озброєнь '' між рослинами та рослиноїдними тваринами розгорталася протягом тривалого періоду часу: рослиноїдні тварини пристосовуються переносити токсичні рослини і навіть спеціалізуються на них, тоді як рослини, як видається, виділили нові токсини, щоб не відставати від споживачів.

Для личинок монархів болотний молочай є одночасно кухонною шафою та аптечкою. Лейф Річардсон, CC BY-NC-ND

Травноїдні тварини можуть відчувати переваги, витрати або їх поєднання, коли споживають рослинні вторинні метаболіти. Наприклад, личинки метеликів монарха - це спеціалізовані травоїдні молочаї, які містять токсичні стероїди, які називаються карденолідами. Тоді як монархи вибірково концентрувати карденоліди у власних тілах як захист від хижаків, таких як птахи, вони також можуть зазнати уповільнених темпів зростання та підвищеного ризику смертності внаслідок впливу цих токсичних сполук.

Цікаво, що вторинні метаболіти містяться не тільки в листі. Вони також містяться в тканинах, очевидна функція яких полягає в тому, щоб залучати, а не відштовхуватись, включаючи фрукти та квіти. Наприклад, давно відомо, що квітковий нектар зазвичай містить вторинні метаболіти, включаючи небілкові амінокислоти, алкалоїди, фенольні речовини, глікозиди та терпеноїди. Проте мало відомо про те, як ці хімічні речовини впливають на запилювачів, таких як бджоли.

Чи можуть вторинні метаболіти впливати на взаємодію рослин із запилювачами так само, як вони впливають на взаємодію з рослиноїдними споживачами тканини листя? Як і інші рослиноїдні тварини, чи могли б бджоли також отримати користь від споживання цих рослинних сполук? Чи може споживання вторинного метаболіту допомогти бджолам справлятися з паразитами та патогенами, причетними до занепаду диких і керованих бджіл?

Рослинні сполуки зменшують паразитів у бджіл

З колегами по лабораторіях Ребекка Ірвін в Дартмутському коледжі і Лінн Адлер в Університеті Массачусетсу, Амхерст, я досліджував ці питання в Нове дослідження. Ми виявили, що різноманітний за структурою масив рослинних сполук вторинного метаболіту, знайдених у квітковому нектарі, може зменшити навантаження паразитів у джмелів.

В лабораторних умовах ми заразили звичайного східного джмеля (Bombus impatiens) з найпростішим паразитом кишечника, Crithidia bombi, який, як відомо, зменшує тривалість життя джмелів та репродуктивний успіх. Потім ми щодня годували бджіл або контрольною нектарологічною дієтою, або такою, що містить одну з восьми вторинних сполук метаболітів, які в природі зустрічаються в нектарі рослин, які відвідують джмелі в дикій природі.

Через тиждень ми підрахували клітини паразитів у кишках бджіл. Загалом, дієта, що містить вторинні метаболіти, сильно зменшила навантаження на хворобу бджіл. Половина сполук мали статистично значущий ефект самі по собі. Сполукою з найсильнішим ефектом був алкалоїд тютюну анабазин, який зменшив навантаження паразитів більш ніж на 80%; інші сполуки, що захищали бджіл від паразитів, включали ще один алкалоїд тютюну - нікотин - терпеноїд тимол, що міститься в нектарі дерев липи, і катальпол - іридоїдний глікозид, що міститься в нектарі черепахи - водно-болотної рослини на сході Північної Америки.

Ми очікували, що бджоли можуть також нести витрати, коли вони споживають ці сполуки. Але ми виявили, що жодна хімічна речовина не впливала на тривалість життя бджіл. Анабазин, сполука, що має найсильнішу користь від паразитів, накладає репродуктивні витрати, збільшуючи кількість днів, необхідних бджолам для дозрівання та відкладання яєць. Однак, незважаючи на цю затримку, у нашому експерименті не було відмінностей у кінцевому репродуктивному рівні.

Це дослідження наочно демонструє, що дикі бджоли можуть отримати користь, коли вони споживають вторинні метаболіти, що містяться в природі у квітковому нектарі. А вплив бджіл на ці сполуки протягом життя, ймовірно, ще більший, оскільки вони також споживають їх у пилку та у вигляді личинки.

В ході інших досліджень ми виявили докази того, що деякі сполуки з антипаразитарною функцією бджоли шукають, коли у них є паразити, але не тоді, коли вони здорові. Принаймні в деяких контекстах - включаючи польовий експеримент з дикими бджолами, природним чином зараженими Crithidia bombi - бджоли-джмелі роблять вибір корму у відповідь на статус паразита, подібно до інших тварин, які займаються самолікуванням.

Рецепт для боротьби з популяцією бджіл?

То як щодо практичних застосувань: чи можна цим дослідженням допомогти зменшити популяцію бджіл? Ми ще не знаємо. Однак наші висновки пропонують декілька цікавих питань щодо управління ландшафтом, садівництва середовищ існування запилювачів та фермерських практик.

У подальшій роботі ми плануємо дослідити, чи не призведе посадка окремих рослин навколо пасік та ферм до здорового поголів'я бджіл. Чи є місцеві рослини важливим джерелом лікарських сполук для бджіл, з якими вони мають довгу еволюційну історію? Чи можна краще керувати фермами, які залежать від запилювачів диких бджіл для надання "екосистемної служби запилення", щоб підтримати здоров'я бджіл?

Доставка вторинних метаболітів нектару та пилку хворим бджолам, ймовірно, не єдиний інструмент, необхідний для сприяння довгостроковій стійкості цих екологічно та економічно важливих тварин. Але, схоже, це може бути принаймні частиною рішення. Сільське господарство може обійти повне коло, визнаючи, що для того, щоб отримати вигоду від екосистемної послуги, яку надають дикі тварини, ми повинні враховувати їх вимоги до середовища існування.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда.
Читати оригінал статті.

Про автора

Лейф Річардсон - докторант Національного інституту продовольства та сільського господарства США Університет Вермонта. Він працює над багатовидовими взаємодіями, зосередженими на рослинах та їх запилювачах, особливо бджолах. Він вивчає, як на запилювачів диких бджіл комерційної чорниці впливає хімія рослин і як взаємодія рослин з мікоризними грибами впливає на здоров'я бджіл. Іншим науковим інтересом є використання музейних зразків для вивчення закономірностей зменшення кількості видів бджіл у Північній Америці та Європі. Відвідайте його веб-сайт: www.leifrichardson.org/

Книга у співавторстві Лейфа Річардсона:

{amazonWS: searchindex = Книги; ключові слова = 0691152225; maxresults = 1}