Исследователи из Тайваня и других стран изучили, как растения и насекомые применяют ферменты для преобразования летучих веществ, служащих сигналами бедствия, в химической войне, продолжающейся миллионы лет.
- Растения выделяют летучие вещества GLV при повреждении для защиты и оповещения.
- Ферменты гексеналь-изомеразы (Hi) превращают Z-3-гексеналь в E-2-гексеналь у растений.
- Гусеницы имеют свои Hi-ферменты, изменяющие сигнал с целью манипуляции растением.
- Растения и насекомые развили эти ферменты независимо, в разных белковых семьях.
- Hi-ферменты у насекомых появились недавно и варьируются по активности у разных видов.
- Появление Hi-ферментов у растений связано с распространением цветковых около 140 млн лет назад.
Механизм химической защиты растений и роль ферментов
Летучие вещества GLV (Green Leaf Volatiles) — это молекулы, которые растения выделяют сразу после повреждения. Они служат первыми предупреждениями о нападении травоядных или стрессовых воздействиях. В частности, ферменты гексеналь-изомеразы у растений превращают исходный сигнал Z-3-гексеналь в более эффективный E-2-гексеналь, который лучше привлекает хищников вредителей, защищая тем самым растение.
Как насекомые используют те же ферменты для своей выгоды
Удивительно, но гусеницы тоже обладают ферментами Hi, которые выполняют аналогичное химическое превращение, однако с противоположной целью. Насекомые модифицируют растительный сигнал, усиливая тревогу, что в некоторых случаях играет против самого растения. Это пример эволюционного противостояния, при котором и растения, и вредители используют одинаковую химическую реакцию, но пришли к ней независимо — их ферменты принадлежат к разным белковым семействам.
| Параметр | Растения | Насекомые |
|---|---|---|
| Тип фермента | Гексеналь-изомеразы (Hi), мезангиоспермы | Гексеналь-изомеразы (Hi), чешуекрылые (бабочки и мотыльки) |
| Функция | Преобразование Z-3-гексеналя в E-2-гексеналь для защиты | Перехват и модификация сигнала для манипуляций растением |
| Время появления | Около 140 млн лет назад (эпоха цветковых) | Относительно недавно, в ходе эволюции чешуекрылых |
| Происхождение фермента | Мезангиоспермовые покрытосеменные | Разные белковые семейства, независимая эволюция |
Эволюционная история химической борьбы
- Появление Hi-ферментов у цветковых растений около 140 млн лет назад.
- Распространение покрытосеменных и формирование новых экологических ниш.
- Появление Hi-ферментов у чешуекрылых — бабочек и мотыльков — значительно позже.
- Развитие способности насекомых изменять растительные сигналы для своей защиты.
- Современная химическая война между растениями и насекомыми продолжается миллионы лет.
Таким образом, запах свежескошенной травы — это не просто приятный аромат, а сигнал бедствия, отражающий сложный эволюционный процесс взаимного приспособления и борьбы между растениями и их врагами. Недавнее исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, раскрывает детали этой уникальной химической коммуникации и эволюционной гонки вооружений.