Rdza potrafi zmienić liście rośliny w pachnący „fałszywy kwiat” dla owadów
Rdza z kompleksu Puccinia monoica infekująca niektóre rośliny kapustowate nie ogranicza się do produkcji plam i zarodników. Może zahamować normalne kwitnienie gospodarza i przekształcić szczyt pędu w żółtą strukturę przypominającą kwiat. Taki „pseudokwiat” wytwarza słodką wydzielinę i lotne substancje zapachowe, które przyciągają owady. Odwiedzający nie przenoszą wtedy pyłku rośliny, lecz komórki rozrodcze grzyba pomiędzy kompatybilnymi infekcjami. Pasożyt przejmuje więc istniejący w przyrodzie system usług zapylaczy i buduje jego chemiczną oraz wizualną imitację z tkanek gospodarza.
Grzyb blokuje prawdziwy kwiat
Zakażona roślina nie zachowuje się tak jak zdrowy osobnik tego samego gatunku. Puccinia monoica może silnie modyfikować wzrost pędu i rozwój organów, prowadząc do skupienia zmienionych liści. Badania ekspresji genów wykazały szerokie przeprogramowanie procesów rozwojowych gospodarza, w tym szlaków związanych z rozwojem kwiatów, pigmentami i terpenoidami. Pseudokwiat nie jest więc owocnikiem grzyba nałożonym na roślinę, ale efektem przebudowy samej roślinnej architektury pod wpływem patogenu.
Wygląd to tylko jedna część oszustwa
Owady wyszukują kwiaty nie tylko wzrokiem. Pseudokwiaty wytwarzają również słodką wydzielinę i mieszaninę lotnych związków przypominającą zapachy kwiatowe. Eksperymenty pokazały, że sam zapach pseudokwiatu może przyciągać część odwiedzających, choć znaczenie bodźców wzrokowych i węchowych zależy od grupy owadów. Dzięki temu struktura konkuruje o uwagę z prawdziwymi kwiatami rosnącymi w tym samym środowisku.
Owady pełnią dla grzyba funkcję podobną do zapylaczy
W fazie płciowej rdzy potrzebne jest połączenie kompatybilnych typów kojarzeniowych. Owady odwiedzające słodkie pseudokwiaty przenoszą spermacja grzyba pomiędzy zakażonymi roślinami, podobnie jak zapylacz przenosi pyłek pomiędzy kwiatami. Analogia jest funkcjonalna, ale partnerem korzystającym z usługi jest tutaj grzyb. Roślina gospodarz ponosi koszt, bo jej własna reprodukcja zostaje ograniczona lub zahamowana.
To przykład pasożytniczego wykorzystania gotowego rynku ekologicznego
Ewolucja nie musiała tworzyć nowego gatunku owada wyspecjalizowanego w obsłudze rdzy. Wystarczyło upodobnić sygnały infekowanej rośliny do sygnałów, na które owady już reagowały podczas poszukiwania nektaru i kwiatów. W ten sposób pasożyt „podłącza się” do istniejącej sieci interakcji roślina–owad. To jedna z najbardziej spektakularnych form rozszerzonego fenotypu: geny grzyba pośrednio wpływają na wygląd i zapach tkanek innego organizmu.
Pseudokwiat potrafi konkurować z prawdziwymi kwiatami o uwagę
W naturalnym siedlisku zakażona roślina rośnie pośród normalnie kwitnących sąsiadów. Owady mają więc wybór. Eksperymenty terenowe wykazały, że pseudokwiaty Puccinia są regularnie odwiedzane, a ich sygnały wizualne i zapachowe mogą być wystarczająco podobne do sygnałów kwiatowych, by wejść do tej samej puli obiektów poszukiwanych przez zapylaczy. Dla grzyba liczy się nie idealne naśladowanie jednego gatunku kwiatu, lecz osiągnięcie progu atrakcyjności umożliwiającego kontakt z wektorem.
Zmiana gospodarza sięga poziomu hormonalnego i genowego
Przebudowa liści w pseudokwiat wymaga więcej niż miejscowej infekcji. Analizy transkryptomu zakażonych roślin pokazały zmiany ekspresji genów odpowiedzialnych za rozwój organów, biosyntezę pigmentów, związki lotne i gospodarkę hormonalną. Pasożyt wykorzystuje więc istniejące programy rozwojowe gospodarza i przesuwa je w nowy stan. Jest to spektakularny przykład rozszerzonego fenotypu, ale bez potrzeby zakładania, że grzyb koduje od podstaw „instrukcję kwiatu” — manipuluje siecią regulacyjną, którą roślina już posiada.
Podobna funkcja powstała także u innych pasożytów roślin
Puccinia monoica nie jest jedynym przykładem patogenu wykorzystującego owady przez modyfikację gospodarza. W różnych układach grzyby i inne pasożyty roślin wytwarzają słodkie wydzieliny, zapachy albo struktury zwiększające kontakt z wektorami. Nie muszą one być blisko spokrewnione. Powtarzalność tej strategii pokazuje silną korzyść z wykorzystania gotowego zachowania owadów: zamiast ewoluować własny ruch, pasożyt zmienia krajobraz bodźców tak, aby mobilny organizm wykonał transport za niego.
Owady otrzymują realną nagrodę, choć „kwiat” jest oszustwem wobec rośliny
Pseudokwiat nie musi polegać wyłącznie na zwiedzeniu wzroku lub węchu. Zakażone struktury mogą oferować słodką wydzielinę, którą owady rzeczywiście zjadają. Z ich perspektywy wizyta nie zawsze jest więc stratą czasu; otrzymują zasób pokarmowy, a jednocześnie nieświadomie transportują komórki grzyba. To odróżnia układ od czystej mimikry bez nagrody i pokazuje, że granica między oszustwem a mutualizmem zależy od tego, których dwóch uczestników porównujemy: grzyb korzysta, owad może korzystać, a roślina gospodarz ponosi koszt.