מעקב גנטי גילה דמיון רב באופנים שבהם צמחים רחוקים מאוד מבחינה אבולוציונית פיתחו דרכים לגייס חיל משמר של נמלים שיגן עליהם
מינים שמקיימים יחסי גומלין ביניהם, למשל טורף-נטרף, תחרות או סימביוזה, משפיעים זה על זה במסלול ההתפתחות האבולוציוני שלהם. למשל צמחים ובעלי החיים שאוכלים אותם פיתחו במהלך האבולוציה תכונות שהעניקו להם יתרון אלה על אלה, במעין מרוץ חימוש הדדי.
הצמחים, שמקובעים לקרקע, פיתחו עם השנים מנגנוני הגנה פיזיים וכימיים שיקשו על בעלי חיים לאכול אותם, למרות יתרון הניידות שלהם. לדוגמה, צמחי אסקלפיאס (Asclepias) וקרוביהם מייצרים תרכובות כימיות רעילות שמשתחררות כשנגרם לצמח נזק או בתגובה לחומרים מהריר של אוכלי צמחים. צמחים אחרים משתמשים במנגנוני הגנה פיזיים כדי להרחיק מהם את בעלי החיים, כגון הקוצים של הקקטוס, השערות הצורבות של הסרפד או קליפה עבה. יש גם מנגנונים שמשלבים הגנה פיזית וכימית. למשל תאנים טריות מפרישות נוזל חלבי שאוטם את פיהם של חרקים טורפים ומכיל חומרים הרעילים לחרקים.
דרך נוספת שבה צמחים מתמודדים עם טורפיהם היא באמצעות טיפוח יחסי גומלין של תועלת הדדית עם יצורים אחרים. עץ השיטה, למשל, משתמש בנמלים כמעין חיל משמר שירחיק ממנו בעלי חיים אוכלי צמחים – בעיקר פרוקי רגליים. הנמלים מתפזרות על גבי העץ ומסירות ממנו או הורגות חרקים שעלולים להזיק לו. כדי למשוך את הנמלים הצמח צריך לשחד אותם באמצעות תגמול מפתה. לעיתים התגמול הוא מבנה בצמח שנוח לנמלים להקים בו קן, אך בדרך כלל הפיתיון הוא צוף – נוזל מתוק ומזין. הרכב הצוף שנועד למשוך נמלים שונה מצוף הפרחים שמשמש למשיכת דבורים לצורכי האבקה. לרוב הוא נמצא על עלי הצמח או הפְּטוֹטֶרֶת, במבנים המכונים צוּפָנִים (Nectaries).
השיטה הזאת למשיכת חרקים נפוצה ותועדה בכ-4,000 מיני צמחים בעלי פרחים. גם שְׁרָכים (Polypodiopsida), שהם מערכה של צמחים פשוטים יחסית ונטולי פרחים, מייצרים צוף למטרה דומה, אולם מגוון הצוּפנים שתועד בהם הוא צר יותר לעומת הצמחים בעלי הפרחים. ואכן, כבר זמן רב ידוע על קיומם של יחסי גומלין הדדיים בין שרכים לנמלים, אבל עד כה לא היה ברור מהם ואיך התפתחו מבחינה אבולוציונית.
הצמחים בעלי הפרחים והשרכים פיתחו בנפרד ובאופן בלתי תלוי את מבני ייצור הצוף למשיכת נמלים. מגוון של צופנים בשרכים ממינים שונים | מקור: JSS, Shiyong Dong מתוך Suissa et al
בילוש גנטי
במחקר חדש בחנו חוקרים מאוניברסיטת טנסי בארצות הברית את המנגנון האבולוציוני העומד מאחורי ייצור צוף למשיכת נמלים בשרכים לעומת המנגנון המקביל של בעלי פרחים. החוקרים הרכיבו מאגר מידע גדול בנוגע לצמחים המייצרים צוף, שכלל גם מידע לגבי מערכות יחסי גומלין בין צמחים שונים ונמלים, ואף על ההעדפות התזונתיות של פרוקי רגליים אוכלי צמחים. באמצעות שילוב של כמה שיטות השוואתיות לבחינת הקירבה האבולוציונית בין אורגניזמים, בחנו החוקרים מתי התפתח המנגנון ומה היו הגורמים שעמדו מאחורי התפתחות התכונה.
התברר שהצמחים בעלי הפרחים והשרכים פיתחו בנפרד ובאופן בלתי תלוי את מבני ייצור הצוף למשיכת נמלים. תחילת ייצור הצוף מתוארך לתור הקרטיקון (לפני 145-66 מיליון שנה), קצת לפני התיעוד הקדום ביותר המוכר לנו לקיומם של יחסי גומלין הדדיים בין צמחים לנמלים.
התפתחות של מנגנון כה דומה בין שני מערכות צמחים נפרדות, שהתפצלו מאב קדמון משותף לפני כ-400 מיליון שנים היא אכן מרשימה. השרכים והצמחים בעלי הפרחים שונים מאוד אלה מאלה, אך פיתחו בנפרד מנגנון הגנה דומה מאוד. לתופעה הזאת, של התפתחות בלתי תלויה של מנגנונים דומים עקב חשיפה למערכת דומה של לחצי ברירה טבעית, קוראים אבולוציה מתכנסת.
אף על פי שהתפתחות הצוּפָנִים התרחשה במקביל, ההתפשטות בפועל של המנגנון בשרכים התרחשה רק כמאה מיליון שנה אחרי שהצמחים בעלי הפרחים כבר סיגלו אותו לעצמם. נראה כי אצל השרכים הוא התפתח כאמצעי הגנה משני, שכן במשך שנים רבות השרכים צמחו רק קרוב לפני האדמה. רק כשחלקם סיגלו את היכולת להתקיים על גבי עצים בעלי פרחים, שכבר התקיימו בשיתוף עם נמלים, יכלו גם השרכים לגייס את הנמלים להגנתם.
המחקר הזה מספק תובנות חדשות לגבי האופן שבו האבולוציה מעצבת את היחסים שבין צמחים לבעלי חיים. הבנת צורת ההתפתחות של מנגנוני ההגנה וההישרדות של השרכים ובעלי הפרחים מסייעת לנו להבין מהם העקרונות המשפיעים על המגוון הביולוגי והמערכת האקולוגית.
