장미에는 왜 가시가 있습니까? 가시, 가시 및 가시가 식물의 방어 무기이며, 가장 귀중한 부분을 사슴이나 다른 포유류와 같은 큰 식물을 먹는 사람들에게 가장 귀중한 부분으로 만듭니다. 수십 년 동안, 이것은 식물과 동물 사이의 생태 학적 상호 작용을 연구하는 과학자들의 작업 가정이었습니다. 가시의 생태 학적, 진화 적 목적 (또는 생물 학자들이 선호하는 용어를 사용하기 위해)은 포유 동물 초식 동물이 주요 대상이라는 가설에 초점을 맞추었다.
그것은 실수 일 수 있습니다. 수년에 걸쳐, 배고픈 포유류가 얼마나 잘 어울리는 지에 대한 연구가 혼합 된 결과를 돌려 주 었는지에 대한 연구. 더욱이, 일부 고생물 학적 연구는 최초의 식물을 먹는 지상 동물 이전에 가시가 진화했다는 증거를 제공합니다. 이제 생물학적 편지 의 보고서 적어도 일부 식물 종의 경우, 가시는 곤충을 방어하는 데 중요한 역할을합니다. 반 직관적 인 결과는 선사 시대 세계에서 다른 종의 진화론 적 역학을 이해하려고 할 때 인간의 경험과 직관을 너무 많이 신뢰하는 함정을 보여줍니다.
스위스 연방 기술 Institute of Technology Zurich (ETH Zurich)의 생물 통신 그룹에서 식물의 상호 작용을 연구하는 생태학자인 Rupesh Kariyat는 식물 척추에 대한 기존의 지혜를 상승시키지 않았습니다. Pennsylvania State University의 박사 과정 학생으로서 그는 Carolina Horsenettle Plants (Solanum Carolinense 의 근친 교배 및 초식의 유전 적 결과에 대해 Mark Mescher와 함께 일하고있었습니다. ) 쌍이 이상한 것을 발견했을 때. 담배 이후 호른 웜 애벌레 ( Manduca sexta ) 식물에 먹이를 주면서 새로운 싹은 더 많은 척추를 자랑했습니다. Kariyat은“우리는이 가시가 우리가 가르친 것보다 추가 기능을 가질 수 있다고 생각하게 만들었습니다.
연구원들은 포유류의 포식에 반응하여 추가 가시를 키우는 다른 식물 종을 기록했습니다. 그러나 Caterpillars를 보는 것은 Kariyat와 Mescher에게 깃발을 올리는 것과 같은 효과를 가지고 있습니다. 생태 학적 관점에서 볼 때, 식물이 공격자를 방해하지 않는 한 가시와 같은 구조를 키우는 것이 낭비됩니다. 분명히 작은 애벌레는 단순히 말을 주위에 또는 말을 타고 올라갈 수 있습니다.
Mescher는 그것이 그랬는지 여부를 테스트하기 위해 세 가지 방법을 탐구 할 수있는 일련의 실험을 설계했다고 설명했다. 첫째, 동일한 근친 교배를 사용합니다. Carolinense 유 전적으로 정상적인 식물보다 척추가 적은 다양성은 척추 밀도가 애벌레 운동에 미치는 영향을 조사했습니다. 식물의 모든 잎을 모두 제거한 후 상단에서 가장 신선하고 맛있는 잎을 구한 후, 그들은 식물의 줄기 옆에있는 토양에 애벌레를 놓고 위의 맛있는 덩어리에 도달하는 데 버그가 얼마나 걸렸는지를 기록했습니다. 그런 다음 척추 밀도를 조작하고 면도날로 가시를 썰어 모든 식물의 숫자가 같은 숫자를 갖고 실험을 반복하여 한 걸음 더 나아갔습니다. 마지막으로, 그들은 같은 속에 다른 두 종을 포함하도록 연구를 확장했습니다 : s. Aethiopicum , 에티오피아 나이트 쉐이드, s. 뇌관 , 보라색 악마. 세 종은 척추 밀도가 다릅니다. 에티오피아 나이트 셰이드는 가장 적은 반면 자주색 악마는 가장 많이 있습니다. 다시 그들은 가시와 함께 식물을 비교하고 제거했지만 이번에는 상단의 잎에 빠른 속도가 아니라 식물의 잎을 모두 제거하는 데 애벌레가 얼마나 걸렸는지 측정했습니다. 만약 전 애벌레가 과정에서 식물에서 떨어 졌다면, 연구원들은 미완성 잎에 다시 넣고 계속 먹이를 줄 수있었습니다.
Kariyat, Mescher 및 그들의 동료들은 세 가지 시험에서 동일한 패턴을 발견했습니다. 가시는 항상 배고픈 애벌레에 대한 장애였습니다. 가시가 자르면서 애벌레는 원하는 잎에 더 빨리 도달했습니다. 온전한 식물의 경우, 가장 많은 가시가있는 종 (자주색 악마)은 애벌레가 훼손하기가 가장 어려웠습니다. 더욱이, 가시는 애벌레를 느리게했을뿐만 아니라 발판을 방해하여 더 많은 곡예 기동으로 강요했습니다. 결과적으로, 애벌레는 잎이 많은 싹 사이를 여행하는 동안 자주 떨어졌습니다. 때때로 그들은 심지어 더 큰 가시에 스스로를 가두 었습니다. Kariyat에 따르면, 이런 종류의 운동 제한은“장기적으로 그들의 체력에 큰 영향을 미칩니다” - 따라서 저자들은 solanum 의 가시가 결론을 내 렸습니다. 식물은 효과적인 애벌레 억제제입니다.
그럼에도 불구하고, 팀은 그들의 결과가 곤충이 식물이 가시, 가시 및 가시를 개발 한 주된 이유라고 주장하지 않습니다. 반대로 카리 야트는“우리는 가시가 포유 동물 초식 동물에 대해 진화했다고 생각한다”고 말했다. 그러나 그들은 역사상 어느 시점에서 말레틀과 다른 식물들이 조직의 독성 알칼로이드 (독성 알칼로이드)를 발견했으며 포유 동물은 정기적으로 먹는 것을 멈췄다 고 생각합니다. 알칼로이드의 영향을받지 않은 애벌레는 식물을 먹는 전문가가되었습니다. 그런 다음 진화는 새로운 방어 목적으로 식물의 척추를 모집했을 수 있습니다. "시간이 지남에 따라이 척추는 추가 혜택을 얻기 시작하여 식물이 무기 경쟁에서이기는 데 도움이되었다"고 곤충에 대항했다.
예상치 못한 결과는 현장의 다른 사람들이 삼키기가 약간 어려웠습니다. “이 논문을 처음 읽었을 때, 나의 압도적 인 반응은 다음과 같습니다.``아, 그건 말도 안되는] - 많은 문제가 있습니다! '”라고 호주의 뉴 사우스 웨일즈 대학교 (New South Wales)의 연구 교수 인 Angela Moles는 식물의 생태 전략을 연구했습니다. "그러면 더 많이 읽을수록‘실제로 맞습니다.’와 같이 더 많이 읽었습니다."그녀의 감정은 영국의 Plymouth University의 부교수 인 Mick Hanley가 식물의 구조적 방어에 관한 2007 년 리뷰 논문의 저자였던 저자였습니다. “처음에 그것을 보았고 hmm 생각했습니다. 그런 다음 다시 읽었고 모든 종류의 함께 매달린 것을 보았습니다.”라고 그는 말했습니다.
다른 사람들은 덜 확신합니다. 중국의 Xishuangbanna Tropical Botanical Garden의 식물 진화 전문가 인 Tristan Charles-Domique는“경주가 곤충 초식에 대한 적응이라고 결론을 내릴 수 있다고 확신 할 수 없다. 남아프리카의 케이프 타운 대학교 명예 교수 인 그와 윌리엄 본드 (William Bond)는 2016 년 아프리카의 가시가 많은 식물의 다양성이 야생 베스트 및 가젤과 같은 보드 피드 포유 동물의 상승과 일치 함을 보여주기 위해 계통 발생 학적 방법을 사용했습니다. 그 발견은 가시가 큰 포유류를 방어하는 전통적인 견해를지지합니다.
Charles-Dominique는“그들은 운동이 중단되면서 애벌레의 수유 속도가 실제로 느려졌다는 것을 보여주는 데 좋은 일을했다고 생각하지만, 가시 식물과 곤충 사이의 잠재적 코탈을 테스트하기 전에 많은 정보가 수집되어야한다고 생각합니다.”
.카리 야트는 동의하지 않습니다. "우리 가보고 싶은 것 중 하나는이 효과가 애벌레에 단순히 있는지 여부입니다." 그는 또한 곤충이 운동 장애에 의해 어떻게 영향을 받는지 더 잘 정량화하기를 원한다고 설명했다.
그러나 Kariyat와 Mescher의 발견이 곤충을 억제하는 데있어 경주의 잠재적 역할을 제안한 것은 아닙니다. Moles는 그 결과가 큰 초식 동물 앞에서 스파인이 진화 한 고생물 학적 증거와 일치한다고 지적했다. 그녀는 영국 고생대 후기 윌리엄 길버트 찰로너 (William Gilbert Chaloner)에 의해 1970 년 리뷰 논문을 지적했다. 그는 4 억 년이 지난 4 억 년 전의 많은 식물들이“줄기에 작은 혈관이 아닌 부속물을 보여 주었고, 다소 무작위로 배포되었고, 다양한 스핀, 출현, 치아 또는 enations를 보여 주었다”고 언급했다.
Moles는“그래서 우리는 그들이 무엇을하는지 모르는이 재미있는 가시를 가진 많은 종을 가지고 있습니다.”라고 Moles는 다음과 같이 설명했습니다.“그리고 첫 번째 지상 척추 동물 초식 동물이 나타나기 시작하기 최소 1 천만 ~ 2 천만 년 전에는 모르겠습니다.”
.결과는 진화와 적응에 대한 연구에서 까다로운 문제를 강조합니다. 예치로 인해 특성의 현재 기능을 이해하는 것은 처음에 진화 한 진화 압력을 유추하는 것과는 매우 다릅니다. Hanley는“현재 작동하는 방어가 수백만 년 전에 진화했을 수있는 이유를 추적하는 것은 불가능합니다. "그 가시가 초식과 관련이없는 완전히 다른 이유로 진화했을 수 있습니다."
실제로, 식물 척추의 원래 목적에 대한 가설은 다양한 크기의 초식 동물의 억제를 넘어선 범위입니다. 가시가 광합성을 향상시키기 위해 식물의 표면적을 향상 시켰거나 식물의 뿌리로 물을 연출하는 데 도움이된다는 이론이 이론적입니다. 또는 그들은 먼저 식물이 뿌려지고 올라가도록 도왔습니다. Hanley는“수백만 년에 걸쳐 진화 테이프를 재생할 수있는 것 외에는 진짜 알 수있는 방법이 없습니다.”
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그러나 신뢰할 수있는 대안의 수에도 불구하고, 포유류의 억지력 이외의 경주에 대한 설명에 대한 연구가 열렸습니다. Kariyat는“식물의 척추에 관한 문헌을 보면 포유 동물 초식에 관한 약 150 ~ 200 개의 논문이있다”고 말했다.“그러나 곤충에는 2 ~ 3, 4, 4 개만 볼 수 있습니다.”
.아마도 그것은 곤충 초식 동물에서 식물 척추의 가능한 역할을 조사하는 매우 영향력 있고 널리 인용 된 연구가 1988 년에 출판 되었기 때문일 것입니다. 저자들은 홀리 잎에서 가시를 제거하는 것이 애벌레 공급에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. (아이러니 한 것은 같은 연구가 포유 동물 초식 동물을 억제하는 데있어서 그 척추의 가치에 의문을 제기했다는 것입니다. 먹이 시험에서 동물들은 척추가없는 잎에 대한 선호도를 보여주지 못했기 때문입니다.) 그 출판 이후 29 년 동안 과학적 문헌은 그 결론을 곤충의 모든 종에 적용하지 않는 것 같습니다.
Kariyat은 그의 팀의 발견이 더 많은 실험실을 박차를 가하기를 희망합니다. 자신의 작품은 애벌레에 초점을 맞추었지만 달팽이와 같은 다른 많은 작은 초식 동물도 가시의 영향을받을 수 있으며 그들의 진화에 영향을 줄 수 있다고 언급했습니다. 그는이 분야가 발견을 위해 익 았다고 말했다.“가시가 많은 식물이 있기 때문에!”
무척추 동물에 대한 척추의 영향에 대한 과학적 조사가 우리 종의 한계와 선입견을 보여주는 것으로 보는 것은 어렵습니다. Hanley는“정원에 갈 때 장미로 자르기 때문에 그 가시가 포유류에 대한 방어라고 인식합니다. “생물학을 이해하는 거의 모든 표현에서 우리는 항상 우리 자신의 인간의 견해를 표현하고 있습니다.”
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