为了不被天敌吃掉,这些毛虫开始修炼“忍术”

subtitle 果壳科学人06-14 07:54 跟贴 2 条
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正版素材来源:图虫创意

其实,自然状态下,植物会释放出多种不同的“气息”,这些“气息”被称为植物挥发物。当受机械损伤(如人工修剪),或者生物侵害(如毛虫啃食)时,就会释放一种特殊“预警气息”——虫害诱导植物挥发性化合物HIPVs

预警气息有什么作用呢?

我们都知道,在食物链中,植物通常处在比较低的“段位”,会受到各种环境外力和害虫的困扰,它们为了更好地生存,就必须“想”出办法来进行防御和反抗。

HIPVs就是植物的一种防御武器。

不同植株之间可以通过HIPVs进行交流——就像在说“害虫来啦!快做好准备,好让周围的植株启动防御反应[1,2]。

植物也可以利用HIPVs“拉外援”——通知害虫天敌来帮助清缴[3,4]。

但有时,害虫也会感知植物的这种信号,从而得知哪些植物已被同类“占领”,从而选择别的植物 [5,6]。

有种叫做“吲哚(indole)”的化合物,就是HIPVs的一种(浓时具有强烈持久的粪臭味)。它可以由水稻、玉米等多种植物产生,当这些植物遭到毛毛虫的啃食时,就会通过莽草酸途径释放出吲哚[7,8]。

吲哚有什么功效呢?

通常情况下,植物可以利用吲哚来驱赶毛虫[9],毛毛虫感受到吲哚后,一般就会选择绕道而行。

研究结果表明,通常情况毛毛虫不喜欢吲哚的气息(图中横坐标表示选择不同试剂的毛虫的数量)图片来源:参考文献 [10]

另一方面,吲哚还可以帮助植物“召唤”毛虫的天敌——寄生蜂

研究人员分别设置产生吲哚的玉米植株和基因突变玉米植株(不能产生吲哚)供寄生蜂选择,发现它们更倾向于飞到产有吲哚的玉米上。同样,用人工合成的吲哚进行的试验也获得相同效果。

正常情况下,虫害产生(或人工合成)的吲哚可以吸引寄生蜂。图中横坐标表示做出不同选择的寄生蜂的数量。 图片来源:参考文献 [10]

然而,让植物“始料未及”的是,有些毛虫竟会利用植物的防御手段来武装自己,免受天敌攻击。

科学家们在研究中发现,当毛毛虫也在产吲哚的植株上时,寄生蜂被吸引的概率会大打折扣,寄生蜂更喜欢不会产生吲哚的基因突变株。

毛毛虫存在时,吲哚对寄生蜂的吸引力减弱。图片来源:参考文献 [10]

同时,毛毛虫的行为也会因为寄生蜂的存在而有所改变:本来排斥吲哚的毛毛虫在感知到(如可能通过特定的信息素等)有寄生蜂在附近时,就不再避讳吲哚了。

当毛毛虫附近有寄生蜂时,就不再躲避吲哚的气息了。图片来源:参考文献 [10]

这些有趣现象,让研究人员推测可能这些毛虫利用吲哚“做了点儿什么”,从而降低了寄生蜂对其的捕食欲。

他们通过试验验证发现,不管是吃过含吲哚植株的毛虫还是被人工合成吲哚“熏陶”过的毛虫,都会被寄生蜂“嫌弃”,并且这些毛虫体表的挥发物对寄生峰的吸引力也比正常毛虫的弱。原来,毛虫真的可以通过吲哚影响自己的“体味”,从而把寄生蜂拒之门外!

毛毛虫不仅利用吲哚增加了对寄生蜂的抗性,降低了被寄生的概率,而且吃过含吲哚植株或用吲哚处理过的毛毛虫,就算被寄生蜂寄生,“残害致死”的比例也会显著下降。

虫、草、蜂三方博弈,谁是终极赢家?侧沟茧蜂(左),灰翅夜蛾毛虫(右)。

图片来源:nature。

在这个玉米、毛虫和寄生蜂相互角逐斗智斗勇的故事里,寄生蜂不在场时,玉米通过散发吲哚驱赶毛虫可占上风;然而一旦寄生蜂出现,学会了“忍术”的毛虫就成为终极赢家——不仅可以悠然自得地觅食,还能享受吲哚的庇护,不必担心寄生蜂来袭。

这年头,连毛虫都是“技多不压身”呀!

作者:李琼

编辑:小柒

排版:小爽

题图来源:小柒编辑的手绘

参考文献:

[1]Engelberth J, Alborn H T, Schmelz E A, et al. Airborne signals prime plants against insect herbivore attack[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101(6): 1781-1785.

[2]Karban R, Maron J, Felton G W, et al. Herbivore damage to sagebrush induces resistance in wild tobacco: evidence for eavesdropping between plants[J]. Oikos, 2003, 100(2): 325-332.

[3]De Moraes C M, Mescher M C, Tumlinson J H. Caterpillar-induced nocturnal plant volatiles repel conspecific females[J]. Nature, 2001, 410(6828): 577.

[4]Robert C A M, Erb M, Duployer M, et al. Herbivore‐induced plant volatiles mediate host selection by a root herbivore[J]. New Phytologist, 2012, 194(4): 1061-1069.

[5]Poelman E H, Bruinsma M, Zhu F, et al. Hyperparasitoids use herbivore-induced plant volatiles to locate their parasitoid host[J]. PLoS Biology, 2012, 10(11): e1001435.

[6]Turlings T C J, Wckers F. Recruitment of predators and parasitoids by herbivore-injured plants[J]. Advances in insect chemical ecology, 2004, 2: 21-75.

[7]Frey M, Spiteller D, Boland W, et al. Transcriptional activation of Igl, the gene for indole formation in Zea mays: a structure–activity study with elicitor-active N-acyl glutamines from insects[J]. Phytochemistry, 2004, 65(8): 1047-1055.

[8]Zhuang X, Fiesselmann A, Zhao N, et al. Biosynthesis and emission of insect herbivory-induced volatile indole in rice[J]. Phytochemistry, 2012, 73: 15-22.

[9]Erb M, Veyrat N, Robert C A M, et al. Indole is an essential herbivore-induced volatile priming signal in maize[J]. Nature communications, 2015, 6: 6273.

[10]Ye M, Veyrat N, Xu H, et al. An herbivore-induced plant volatile reduces parasitoid attraction by changing the smell of caterpillars[J]. Science Advances, 2018, 4(5): eaar4767.

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