バラにとげがあるのはなぜですか？答えは自明のようです。トゲ、トゲ、トゲは植物の防御兵器であり、シカや他の哺乳類のような大きな植物を食べる動物にとって、最も貴重な部分は口に合わず、触ることさえできません。何十年もの間、これは植物と動物の間の生態学的相互作用を研究する科学者の作業仮定でした。とげ (または、生物学者の好んで使う用語である棘状突起) の生態学的および進化上の目的に関する科学文献の圧倒的な量は、哺乳類の草食動物が主な標的であるという仮説に焦点を当てています。
それは間違いだったかもしれません。何年にもわたって、強力な抑止力が空腹の哺乳類をどれだけ落胆させるかについての研究は、さまざまな結果を返してきました.さらに、いくつかの古生物学的研究は、最初の植物を食べる陸生動物が進化する前に棘が進化したという証拠を提供しています。さて、Biology Letters のレポート 少なくとも一部の植物種では、トゲが昆虫から身を守る上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。直感に反する結果は、先史時代の世界で他の種の進化のダイナミクスを理解しようとするときに、人間の経験と直感を過度に信頼することの落とし穴を示しています。
スイス連邦工科大学チューリッヒ校 (ETH チューリッヒ) のバイオコミュニケーション グループで植物と昆虫の相互作用を研究している生態学者のルペシュ・カリヤットは、植物のトゲに関する従来の通念を覆そうとはしませんでした。ペンシルバニア州立大学の博士課程の学生として、彼はマーク メッシャー (現在も ETH チューリッヒ校) と一緒に、カロライナ ホースネトル (Solanum carolinense) の近親交配と草食の遺伝的影響について研究していました。 ) ペアが奇妙なことに気づいたとき。タバコ角虫の幼虫の後 (Manduca sexta ）植物を食べて、新しい芽はより多くの棘を誇示しました. 「これにより、これらの棘には、これまで教えられてきた以外の機能もある可能性があると考えるようになりました」と Kariyat 氏は述べています。
研究者たちは、哺乳類による捕食に反応して余分なトゲを生やした他の植物種を記録していました。しかし、イモムシにも同じ効果があるのを見て、カリヤットとメッシャーにフラグを立てました。生態学的な観点から言えば、目の前の攻撃者を阻止しない限り、植物がトゲのような構造を成長させるためにエネルギーを消費するのは無駄です。確かに、小さなイモムシは、セイヨウネトルのトゲの周りやトゲの上に簡単に登ることができます.
それが正しいかどうかをテストするために、チームは 3 つの方法でこの問題を調査できる一連の実験を設計した、と Mescher 氏は説明しました。まず、同じ近交系の S を使用します。キャロラインセ 彼らは、毛虫の動きに対する棘の密度の影響を調べました。植物の葉をすべて取り除き、一番上にある最も新鮮でおいしいものを除いた後、彼らは植物の茎の隣の土壌に毛虫を置き、虫が上のおいしい一口に到達するのにどれくらいの時間を要したかを計り、同系交配植物を通常のものと比較しました. .次に、棘の密度を操作し、すべての植物が同じ数になるようにかみそりの刃で棘を切り落とし、実験を繰り返しました。最後に、彼らは研究を拡張して、同じ属の他の 2 つの種を含むようにしました:S.エチオピカム 、エチオピアのナイトシェード、および S.アトロプルプレウム 、紫の悪魔。 3 つの種の棘の密度は異なります。エチオピアのナイトシェードが最も少なく、紫の悪魔が最も多くあります。再び彼らは、棘が無傷で除去された植物を比較しましたが、今回は毛虫が植物の葉をすべて除去するのにかかる時間を測定しました。処理中に毛虫が植物から落ちた場合、研究者はそれらを未完成の葉の上に戻し、餌を与え続けました.
Kariyat、Mescher、および彼らの同僚は、3 つの試験すべてで同じパターンを発見しました。棘は常に空腹の幼虫の障害でした。トゲをカットすると、毛虫はより早く目的の葉に到達しました。無傷の植物の場合、棘が最も多い種であるパープルデビルは、イモムシが葉を落とすのが最も困難であることが判明しました.さらに、とげはイモムシの動きを遅くするだけでなく、足場を妨げ、よりアクロバティックな操作を強いることになりました。その結果、キャタピラーは葉の茂った新芽の間を移動する際に頻繁に脱落しました。時には、より大きな棘に突き刺さることさえありました。 Kariyat によると、この種の運動制限は「長期的には健康に大きな影響を与える」とのことで、著者らは Solanum の棘が 植物は毛虫の効果的な抑止力です。
それにもかかわらず、チームは、彼らの結果が、植物がトゲ、トゲ、とげを発達させた主な理由が昆虫であったことを証明しているとは主張していません.それどころか、Kariyat 氏は、「棘は哺乳類の草食動物に対抗して進化したと考えています」と述べています。しかし、彼らは、歴史のある時点で、セイヨウイラクサや他の植物がさらに効果的な武器、つまり組織内の有毒なアルカロイドを発見し、哺乳類がそれらを定期的に食べるのをやめたのではないかと考えています。アルカロイドの影響をほとんど受けなかったイモムシは、植物を捕食する専門家になりました。その後、進化は植物の棘を新たな防御目的のために採用した可能性があります。これは、exaptation として知られる現象です。 「時間が経つにつれて、これらのトゲは追加の利点を持ち始め、植物が昆虫に対する軍拡競争に勝つのを助けました」と彼は言いました.
予想外の結果は、この分野の他の人にとっては受け入れがたいものでした。 「私がこの論文を最初に読んだとき、私の圧倒的な反応は次のようなものでした。『ああ、それはただの [ナンセンス] です。たくさんの問題があります!」」と、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学の研究教授で、植物の生態戦略。 「それから、読めば読むほど、『実際、それは正しい』と思うようになりました。」彼女の感想は、2007 年のレビューの筆頭著者であるイギリスのプリマス大学の准教授であるミック・ハンリーによって繰り返されました。植物の構造的防御に関する論文。 「私は最初にそれを見て、うーんと思いました。 それから私はそれをもう一度読みました、そして私はそれがすべて一緒にぶら下がっているのを見ました」と彼は言いました.
他の人はあまり確信していません。中国の西双版納熱帯植物園の植物進化専門家であるトリスタン・チャールズ・ドミニクは、「彼らの結果から、棘が昆虫の草食に対する適応であると結論付けられるかどうかはわかりません.彼と南アフリカのケープタウン大学の名誉教授であるウィリアム・ボンドは、2016 年に系統学的手法を使用して、アフリカのとげのある植物の多様性が、ヌーやガゼルなどのウシ科の哺乳類の増加と一致していることを示しました。この発見は、棘が大型哺乳類を防御するという従来の見解を支持しています。
Charles-Dominique 氏は次のように述べています。とげのある植物と昆虫の間の共進化の可能性をテストするためです。」
Kariyat は同意しません。 「私たちが知りたいことの 1 つは、この影響がイモムシだけにあるのかということです」と彼は言いました。彼はまた、運動障害によって昆虫がどのように影響を受けるかをより正確に定量化したいとも考えていると説明した。
しかし、Kariyat と Mescher の調査結果は、昆虫の抑止における棘状突起の潜在的な役割を示唆した最初のものではありません。ほくろは、この結果は、棘が大きな草食動物の前に進化したという古生物学的証拠と一致していると指摘しました。彼女は、故英国の古植物学者であるウィリアム・ギルバート・チャロナーによる1970年のレビュー論文を指摘し、その中で彼は、4億年以上前の多くの植物が、「茎に小さな明らかに血管のない付属物があり、多かれ少なかれランダムに分布している...棘、出現、歯、エネーションなど、さまざまな名前が付けられています。」
「そのため、私たちはこれらの面白いとげを持った多くの種を持っていますが、それらが何をしているのかはわかりません」と Moles は説明しました。草食動物が現れ始めます。」
この結果は、進化と適応の研究におけるトリッキーな問題を浮き彫りにしています。つまり、ある形質の現在の機能を理解することは、それが最初に進化したときの進化圧力を推測することとは大きく異なります。 「現在機能している防御が何百万年も前に進化した理由を追跡することは不可能です」とハンリーは言いました。 「これらのトゲは、草食とはまったく別の理由で進化した可能性があります。」
実際、植物の棘の本来の目的に関する仮説は、さまざまなサイズの草食動物の抑止力をはるかに超えています。とげが植物の表面積を増やして光合成を促進したり、水を植物の根に向けるのに役立ったりした可能性があると理論化されています。または、植物が広がって登るのを最初に助けたということです。 「何百万年にもわたって進化のテープを再生できること以外に、本当のことを知る方法はありません」とハンリーは言いました。
しかし、信頼できる代替案が数多くあるにもかかわらず、哺乳動物の抑止力以外のスピネッセンスの説明に関する研究はほとんどありません。 「植物の棘に関する文献を見ると、哺乳類の草食に関する論文は 150 から 200 ほどありますが、昆虫については 2 つか 3 つ、おそらく 4 つしかありません。」
おそらくそれは、昆虫の草食における植物棘の役割の可能性を調べた、非常に影響力があり、広く引用されている研究が1988年に発表されたためです。著者らは、ヒイラギの葉からトゲを取り除いても毛虫の摂食に影響がないことを発見しました。 (皮肉なことに、同じ研究が哺乳類の草食動物を抑止する上でこれらの棘の価値にも疑問を投げかけているのは、摂食試験で動物が棘のない葉を好むことを示さなかったためです.) その出版から29年で、科学文献はそれらの結論 — 棘は昆虫の抑止力として機能しない — をすべての種の植物のあらゆる形態の棘に適用した.
Kariyat は、彼のチームの発見が、トゲが植物に有益である可能性がある他の方法を調査するために、より多くの研究室に拍車をかけることを期待しています.彼自身の研究は毛虫に焦点を当てていましたが、カタツムリなどの他の多くの小さな草食動物も棘の影響を受け、それらの進化に影響を与えた可能性があると指摘しました. 「トゲのある植物がたくさんあるからです!」
無脊椎動物に対する棘状突起の影響に関する科学的調査の欠如を、私たち自身の種の限界と先入観の例として見ないわけにはいきません。 「私たちは庭に行くとバラに刺されてしまうので、私たちはそれらのトゲが哺乳類に対する防御であると認識しています」とハンリーは言いました。 「生物学を理解することのほとんどすべての表現において、私たちは常に自分自身の人間の見方を生物学に当てはめています。」
