perustajakuningatar akaasiamuurahainen leikkaa ensimmäisen sisäänkäyntireikänsä turvonneeseen piikkiin, josta se aloittaa yhdyskuntansa, ensimmäisen piikin, jonka tämä nuori taimimuurahainen akaasiamuurahainen teki Veracruzissa Meksikossa vuonna 1962.
Dan Janzen
tohtoriopintojensa aikana 1960-luvulla Dan Janzen, nyt Thomas G. ja Louise E. DiMaura Term Chair biologian laitoksella, kuvasi uudelleen klassisen esimerkin biologisesta mutualismista.: akaasiamuurahaisten ja niiden isäntäpuiden välinen suhde. Akasiapuut tuottavat erikoistuneita rakenteita muurahaisyhdyskunnan suojiin ja ravinnoksi, ja muurahaiset puolestaan puolustavat puuta kasvinsyöjiä vastaan.
tuoreessa Proceedings of the National Academy of Sciences-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa janzenin kollegat biologian laitoksella löysivät geneettisen mekanismin, joka ohjelmoi muurahaisen ja akasian suhteen kasvipuolta. Scott Poethig, John H. ja Margaret B. Fassitt professori biologian, ja Aaron Leichty, GR ’ 18, osoitti, että nämä lajit akaasia kehittää ominaisuuksia tarpeen ruokkia ant colony-ontot turvonneet piikkejä talon niitä, ja nektariinit ja ravinteikas Lehtinen vinkkejä kutsutaan Beltian elinten ruokkia niitä – osana iästä riippuvainen ilmiö kasvien kehittämiseen.
”näiden ominaisuuksien tekemiseen liittyy kustannuksia”, sanoo raportin vanhempi kirjoittaja Poethig, ”mutta kasvi tarvitsee niitä, muuten se on mennyttä. Kauppa siis tapahtuu. Havaitsimme, että nämä piirteet näyttävät kehittyneen ennestään olemassa olevan polun takana, joka hallitsee kasveissa tapahtuvaa kehitystä.”
Leichty, nykyään Kalifornian yliopiston tutkijatohtori Davis, sanoo, ” kun kaivoimme kirjallisuutta, huomasimme, että monet kasvien puolustusstrategiat ovat iästä riippuvaisia. Se on vastavaikuttavaa, koska luulisi, että nuoret kasvit haluaisivat alkaa tehdä näitä rakenteita heti, jotteivät ne joutuisi syödyiksi, mutta meidän havaintomme ja syvällisen logiikan mukaan niiden tekemisessä on biologisia rajoitteita.”
tutkiakseen piirteitä kasvien kehityksen yhteydessä Poethig ja Leichty keräsivät akaasiansiemeniä belizeläisiltä nettimyyjiltä ja janzenilta itseltään. He tarkkailivat, mitä Janzen oli nähnyt luonnossa puoli vuosisataa aiemmin.
”Toki piirteet näkyvät, mutta eivät heti”, Leichty sanoo.
saatuaan vachellia —lajin ensimmäisen genomisekvenssin tutkijat tarkastelivat erityisesti tiettyjä microRNAs-lyhyitä, koodaamattomia genomin osia—miR156 ja miR157, joiden he olivat aiemmin havainneet liittyvän ominaisuuksien kehityksen ajoituksen säätelyyn muissa kasvilajeissa.
kun turvonneita piikkejä ja muita muurahaisia puoleensa vetäviä piirteitä alkoi ilmaantua akaasiaan, mir156: n ja miR157: n pitoisuudet laskivat, ja näiden mikrornojen tukahduttamien eri proteiinitranskriptiotekijöiden pitoisuudet kasvoivat.
saadakseen käsityksen siitä, miten näiden piirteiden säätely on saattanut syntyä evolutionaarisesti, tutkijat tutkivat muita akasialajeja, jotka eivät tee Beltian ruumiita tai turvonneita piikkejä, mutta tekevät nektaareja lehtiinsä. Näillä lajeilla, kuten muurahais-akasioilla, miR156: n väheneminen tapahtui samaan aikaan nektarien ilmaantumisen kanssa. Samankaltaisuus keskuudessa acacias tässä suhteessa viittaa siihen, että nykyinen polku oli coopted säännellä muita ominaisuuksia, joita tarvitaan terve henkivartija—turvonneet piikkejä ja hyvää ruokaa—tutkijat sanovat.
janzenille löydös tukee hänen kenttälöytöjään, mikä tekee mahdolliseksi kenttä-ja laboratoriotutkimusten sekoittamisen.
”katsoin ja kysyin miksi”, Janzen kertoo. Poethigista ja Leichtystä hän toteaa: ”he katselivat ja kysyivät, miten.”