העץ הנדיב והנמלה

שיתוף פעולה מקורי בין עצי שיטה ונמלים

נעם לויתן | גליליאו

עלעלי השיטה Acacia hindsii וגופיפי מזון בקצותיהם. צילום: © 2009 Barry Rice, CC-BY-NC-SA

בעלי חיים העומדים בפני סכנה יכולים לבחור לברוח מפניה אם אינם מעוניינים או אינם מסוגלים להתמודד איתה. בניגוד להם, צמחים נטועים במקומם ולכן אינם יכולים לנוס בעת צרה, אלא חייבים למצוא דרכי התמודדות אחרות. כדי לנסות להתגונן מאוכלי-צמחים וטפילי צמחים (כגון כנימות או זחלי פרפרים) התוקפים אותם, צמחים רבים מייצרים חומרים רעילים שפוגעים במזיקים. כמו כן, במקרים רבים הצמחים משחררים אותות מצוקה המזהירים את שכניהם ומגייסים לעזרתם טורפים או טפילים שיגנו עליהם ויעזרו להם להיפטר מהמזיקים. עצי שיטה, למשל, גייסו נמלים להגנתם.

עצי השיטה והנמלים המגינות עליהם מקיימים סימביוזה הדדית, שבה שני הצדדים נהנים. הנמלים מסתערות על כל אוכל-צמחים שהן מבחינות בו ומסלקות אותו, והן אפילו חותכות ועוקרות צמחים המתחרים בעץ השיטה שלהן. בתמורה מעניק עץ השיטה לנמלים מקום מגורים, בדמות קוצים תפוחים וחלולים, ומזון בדמות צוף עשיר בסוכרים וגופיפי מזון הגדלים בקצות עלעלי השיטה. גופיפי המזון – הקרויים גם גופיפי בֶּלְט (Beltian bodies) – עשירים בחלבונים ובשומנים ומשמשים להאכלת זחלי הנמלים, אך מאחר שהם מקור מזון עשיר הם עלולים להיגנב על ידי אוכלי-צמחים. אם גופיפי המזון נאכלים על ידי גנב, גם העץ וגם הנמלים המגינות עליו מפסידים; הנמלים מאבדות חלק מהתמורה שלהן, והעץ "בזבז" משאבים ושילם מבלי שנהנה משירותי הגנה ממקבל התשלום.

במחקר, שפורסם בכתב-העת Molecular Ecology, הראו דומנקאר אורונה-טמאיו (Orona-Tamayo), ממכון CINVESTAV שבאירפואטו במקסיקו ועמיתיו כי מינים מסוימים של עצי שיטה דואגים "לבטח" את התשלום שהם מעניקים לנמלים שלהם.

החוקרים בדקו את גופיפי המזון של שני מיני שיטה ממרכז אמריקה, Acacia cornigera ו-Acacia hindsii, וגילו כי הם מכילים סוגים רבים של אנזימים הקרויים מעכבי פרוטאזות. פרוטאזות הן אנזימים המפרקים חלבונים, והן מעורבות, בין היתר, בתהליך העיכול בבעלי חיים. מעכבי פרוטאזות, כפי שאפשר להבין משמם, מורידים את פעילותן של הפרוטאזות, ונוכחותם בגופיפי המזון עשויה להקשות על עיכול הגופיפים. החוקרים הראו כי מעכבי הפרוטאזות הנמצאים בגופיפי המזון פגעו כמעט לחלוטין ביכולת פירוק החלבונים של פרוטאזות משני מיני חיפושיות אוכלות זרעים. לעומת זאת, פעילות הפרוטאזות של נמלי השיטה, נמלים מהמין Pseudomyrmex ferrugineus החיות בשיתוף עם העצים, לא נפגעה. כלומר, כאשר זחלי הנמלים המגינות על העץ אוכלים את גופיפי המזון הם זוכים בארוחה מזינה ודשנה, ואילו גנבים שאוכלים אותם יצליחו בקושי לעכלם ואולי אף ייפגעו מאכילת הגופיפים. הכתב המדעי אד יונג (Yong) מדמה בבלוג שלו, את גופיפי המזון של עץ השיטה לצ'ק – בעוד שאפשר להשתמש בקלות במזומן גנוב, קשה יותר להשתמש בצ'ק גנוב שמיועד לנמען שונה מהגנב. באופן דומה, רק הנמלים יכולות ליהנות מהגמול שהעץ מעניק להן.

נמלה מהמין Pseudomyrmex ferrugineus. צילום: April Nobile/AntWeb.org, CC-BY-SA

אבולוציה הדדית?

כיצד התפתחה מערכת זו של תשלום בלעדי? מערכות כאלו מתפתחות בדרך כלל בתהליך של אבולוציה הדדית (קוֹ-אבולוציה). לדוגמה, הצוף של פרחי סחלב כוכב השביט (סחלב דרווין, Angraecum sesquipedale) נמצא בקצהו של דורבן ארוך מאוד, שמגיע לאורך של יותר מ-30 סנטימטרים. צ'רלס דרווין (Darwin) חזה, על בסיס תורת האבולוציה, כי קיים עש עם חדק ארוך דיו שיכול להגיע לצוף, ואכן, כמה שנים לאחר מותו של דרווין התגלה רפרף כזה. כמו הנמלים ועצי השיטה, גם בין הסחלב והרפרף קיימת מערכת של גמול בלעדי, אך היא מבוססת על מגבלה פיזית. הרפרף הוא היחיד שמאביק את הסחלב, ובזכות חדקו הארוך הוא היחיד שמסוגל לאסוף צוף מהסחלב – אך לא מצמחים אחרים. בלעדיות זו התפתחה, כאמור, באבולוציה הדדית: כל שינוי אבולוציוני בסחלב שינה את לחצי הברירה על הרפרף, וכך גרר אבולוציה שלו, ולהפך. ככל שהתארך הדורבן התארך החדק, עד שהסחלב והרפרף הגיעו למצב שבו הם מתאימים בלעדית זה לזה.

אורונה-טמאיו ועמיתיו סבורים כי לאבולוציה הדדית יש רק תפקיד משני בהתפתחות הבלעדיות בין עצי השיטה ונמלי השיטה, וששני המינים היו מצוידים מראש בתכונות הדרושות לשותפוּת שלהם. מעכבי הפרוטאזות של עצי השיטה נפוצים גם במיני קטניות אחרים (השיטה נמנית עם סדרת הקטניות), שבהם הם ממוקמים בזרעים. כך, שבעוד מיקומם בשיטה הוא יוצא דופן – גופיפי מזון בקצות העלעלים ולא רק בזרעים – הם אינם מייצגים חלבונים שהתפתחו באופן ייחודי בעצי שיטה. הפרוטאזה העיקרית במעי של נמלי השיטה היא מסוג כימוטריפסין-1, שאינו מושפע ממעכבי הפרוטאזות של עצי שיטה. אך סוג זה נפוץ גם בנמלה הידועה כנצלנית של עצי שיטה – היא גונבת את גופיפי המזון בלי לספק הגנה – וכן בנמלים אחרות, שכלל אינן ניזונות מעצי שיטה. כימוטריפסין-1 נפוץ אפילו בעכבישים, שפרט למין אחד (ראו מסגרת), הם טורפים ולא אוכלי-צמחים.

הסכם הגמול הבלעדי בין נמלי השיטה ועצי השיטה התחזק ככל הנראה עם הזמן בזכות אבולוציה הדדית, אך הוא נוצר מלכתחילה מאחר שהם התאימו זה לזה במקרה.

למידע נוסף

המאמר המקורי:

Orona-Tamayo, D. et al. Exclusive rewards in mutualisms: ant proteases and plant protease inhibitors create a lock–key system to protect Acacia food bodies from exploitation. Mol. Ecol. (2013). doi: 10.1111/mec.12320

סרטון של נשיונל ג'יאוגרפיק על נמלות השיטה ועצי שיטה במרכז אמריקה:

הכתבה המקורית מופיעה במגזין גליליאו גיליון 179, יולי 2013