Знакомый с детства аромат срезанных травинок вызывают летучие вещества (GLV), которые выделяются растениями за секунды после того, как их повреждают, атакуют травоядные или настигает стресс. Эти молекулы — часть сложной сигнальной системы, которая помогает растению защищаться, подавлять патогены, привлекать естественных врагов вредителей и даже предупреждать соседей об опасности. Новое исследование проследило, как растения и насекомые вели эту химическую войну на протяжении миллионов лет.
Ученые из Национального университета Тайваня вместе с зарубежными коллегами сосредоточились на ферментах гексеналь-изомеразах (Hi), которые есть и у растений, и у насекомых. У растений эти ферменты превращают Z-3-гексеналь — один из первых сигналов бедствия — в E-2-гексеналь. Изменение состава летучих веществ делает сигнал более эффективным: E-2-гексеналь сильнее привлекает естественных врагов гусениц.
Но у гусениц в слюне тоже есть свои Hi-ферменты. Они делают то же самое химическое превращение, но с противоположной целью: перехватывая сигнал и модифицируя его, насекомые могут усиливать тревогу растения, что в некоторых случаях оборачивается против самого растения.
Хотя растения и насекомые используют одинаковую химическую реакцию, их Hi-ферменты происходят из совершенно разных белковых семейств. Это значит, что они пришли к одной химической функции независимо друг от друга, разными эволюционными путями.
Анализ 34 видов чешуекрылых (бабочек и мотыльков) показал, что насекомые обзавелись этими ферментами относительно недавно в своей эволюционной истории. Они отсутствуют у более древних групп и появились постепенно, в определенных линиях. Причем активность ферментов у разных видов сильно различается.
Для расшифровки механизма работы этих ферментов ученые использовали систему предсказания структуры белков AlphaFold в сочетании с функциональным анализом.
У растений молекулярный анализ показал, что собственные Hi-ферменты появились в группе мезангиосперм — это покрытосеменные (цветковые) растения, которые начали активно распространяться около 140 млн лет назад. То есть возникновение этого химического оружия у растений совпало с эпохой, когда цветковые растения стали доминировать на планете, формируя новые экологические ниши для насекомых.
В следующий раз, когда мы почувствуем знакомый запах свежескошенной травы, стоит помнить, что это не просто запах растений. Это химический сигнал бедствия и след эволюционной гонки вооружений между растениями и насекомыми, которая длится миллионы лет
Открытие опубликовано в научном журнале Nature Ecology & Evolution.
Ранее Наука Mail рассказывала о подземной сети коммуникаций лесных растений на основе грибов.
