Кіріспе

Шөпқоректілер тамақ үшін өсімдіктерге тәуелді және өсімдіктердің шөпқоректілерге қарсы қорғанысының әртүрлі арсеналының эволюциясына қарамастан, осы тамақты алуға арналған механизмдерді дамытқан. Шөпқоректілердің өсімдік қорғанысына бейімделуі "шабуылдық қасиеттер" деп аталады және бұл қасиеттер қожайынды тамақтану мен пайдалануды арттыруға мүмкіндік береді. Өсімдіктер, керісінше, өсімдіктерді жейтін жануарлардың мүмкіндіктерін шектеп, өсу және көбею үшін арналған ресурстарын қорғайды. Шөпқоректілер мен олардың қожайын өсімдіктері арасындағы қарым-қатынас көбінесе өзара эволюциялық өзгерістерге әкеледі. Шөпқоректі өсімдікті жеген кезде, ол қорғаныс реакциясын жасай алатын өсімдіктерді іріктейді, бұл реакция биохимиялық немесе физикалық түрде қалыптасқан, немесе қарсы шабуыл ретінде туындаған болуы мүмкін. Бұл қатынас "ерекшелік" (әрбір қасиеттің эволюциясы екіншісіне байланысты) және "өзаралық" (екі қасиет те эволюциялануы керек) көрсеткен жағдайларда, түрлер бірге эволюциялаған деп есептеледі. Коэволюция үшін қашу және таралу механизмдері, шөпқоректілер мен олардың қожайын өсімдіктеріндегі бейімделулер түрленудің қозғаушы күші болды деген идеяны ұсынады. Өсімдіктер мен шөпқоректілер арасында болатын және ақырында екеуінің де түрленуіне әкелетін коэволюцияны Қызыл патшайым гипотезасымен одан әрі түсіндіруге болады. Бұл гипотезада бәсекеге қабілеттілік жетістігі мен сәтсіздігі ұйымдық оқыту арқылы алма кезегімен дамиды делінеді. Бір организмнің екіншісімен бәсекелесуі нәтижесінде, таңдау арқылы организмнің өнімділігі артады. Бұл бәсекеге қабілеттіліктің артуы, бәсекелес организмді де таңдау арқылы өнімділігін арттыруға мәжбүр етеді, осылайша екі түрдің арасында "қарулану жарысы" пайда болады. Шөпқоректілер өсімдіктердің қорғанысының нәтижесінде эволюциялайды, себебі өсімдіктер шөпқоректілердің бәсекеге қабілеттілігінің артуына байланысты, алдымен өздерінің бәсекеге қабілеттілігін арттыруы керек.

Механикалық бейімделулер

Шөпқоректі жануарлар өсімдік материалдарын тұтынуды жеңілдету үшін әртүрлі физикалық құрылымдарды дамытқан. Өсімдік тіндерін бұзу үшін сүтқоректілер тістердің құрылымдарын қалыптастырған, олар олардың тамақтану ерекшеліктерін көрсетеді. Мысалы, жеміс жейтін (негізінен жемістермен қоректенетін) және жұмсақ жапырақтармен қоректенетін шөпқоректі жануарлардың тістері төменгі жағынан дөңгелек болып келеді, жапырақтар мен тұқымдарды ұнтақтауға арналған. Қатты, кремнийге бай шөптерді жейтін жайылымдық жануарлардың тістері жоғары болып келеді, олар өсімдік тіндерін ұнтақтауға қабілетті және төменгі тістерге қарағанда тез тозбайды. Құстар өсімдік материалдарын ұнтақтап немесе тұқымдарды мойны мен қарынмен (gizzard) ұсатады. Құрттармен қоректенетін жануарлар тамақтануды жеңілдету үшін әртүрлі құралдарды дамытқан. Көбінесе бұл құралдар жануардың тамақтану стратегиясын және оның таңдаған тағам түрін көрсетеді. Sphingidae (сфинкс) туысының ішінде салыстырмалы түрде жұмсақ жапырақтарды жейтін түрлердің күйісқұрттарында жырту және шайнау үшін кескіштер бар екені байқалды, ал піскен жапырақтар мен шөптермен қоректенетін түрлер оларды тіссіз қысқыштармен (insectлердегі тамақтануға арналған жоғарғы жақ сүйектері) кесіп алады. Шөпқоректі жануарлардың диетасы көбінесе олардың тамақтануға бейімделуін қалыптастырады. Шөжекейдің бас мөлшері, демек, шайнау күші, қызыл жапырақпен қоректенгендерге қарағанда қара бидаймен (салыстырмалы түрде қатты шөп) қоректенгендерде үлкен екені көрсетілді. Конденсацияланған таниндері жоғары өсімдіктермен (мысалы, ағаштармен) қоректенетін Lepidoptera дернәсілдерінің ортаңғы ішегі шөптермен және гүлді өсімдіктермен қоректенетін Lepidoptera дернәсілдеріне қарағанда сілкілі болады (pH тиісінше 8,67 және 8,29). Бұл морфологиялық айырмашылық ерімейтін танин-белок кешендері сілкілі pH деңгейінде ыдырайды және қоректік заттар ретінде сіңіріледі деген фактімен түсіндіріледі.

Биохимиялық бейімделу

Шөпқоректілер өсімдіктер өндіретін көптеген уытты қосалқы метаболизм өнімдерінің әсерін күшсіздетіп, олардың тиімділігін азайтатын ферменттерді жасайды. Мұндай ферменттердің бірі – аралас функциялы оксидазалар (АФО) – окисыну реакцияларын катализдеу арқылы зиянды өсімдік қосылыстарын заласыздандырады. Цитохром P450 оксидазалары (немесе P 450) – АФО-ның нақты бір класы – өсімдіктердің екіншілік метаболизм өнімдерін заласыздандырумен тығыз байланысты. Химиялық қорғаныспен қорғалған өсімдіктермен қоректенуді темекі шыршасының дернәсілдерінде P 450 детоксикациясымен байланыстырған зерттеулер бар. Никотин алғаш сіңірілгеннен кейін P450 индукциясы темекі шыршасының дернәсілдеріне уытты өсімдік тіндерімен көбірек тамақтануға мүмкіндік берді. Шөпқоректілерде қожайын өсімдіктердің қорғаныс механизмін азайтатын сілекей ферменттері де пайда болады. Helicoverpa zea қызамық құртының сілекейінің құрамындағы глюкозооксидаза ферменті темекідегі индукцияланған қорғаныс жүйелерінің пайда болуына қарсы әрекет етеді. Сол сияқты, құрттың сілекейі құрттың тікені (стилеті) мен өсімдік жасушалары арасында кедергі жасай отырып, қожайынның реакциясын азайтады.

Әдепті бейімделу

Шөпқоректілер өсімдіктердің қорғаныс механизмдерінен аулақ болу үшін кеңістік пен уақыт бойынша өсімдіктерді таңдап жей алады. Қысқы күбәләк үшін маусымның басында емен жапырақтарымен қоректену күбәләкке қолжетімді ақуыз және қоректік заттардың мөлшерін арттырып, ағаш өндіретін танин мөлшерін азайтады. Шөпқоректілер өсімдіктердің қорғаныс механизмдерінен кеңістікте де аулақ бола алады. Гемиптералардың тесікшелі ауыз мүшелері оларға жоғары концентрациялы улы заттар бар жерлерді айналып өтіп қоректенуге мүмкіндік береді. Кейбір құрт түрлері жалпақ жапырақтармен "терезедей жеу" арқылы жапырақтардың бөліктерін жейді және қатаң немесе лигнин концентрациясы жоғары участақтардан аулақ болады. Сол сияқты, мақта жапырағының тесік жасайтыны, қорғаныс терпенді альдегидтерін қамтитын қожайындарының эпидермисі мен пигмент бездерін жеуден таңдап қалады. Кейбір жануарлар тамақтарымен бірге көп мөлшерде уды жұтады, бірақ содан кейін уды бейтараптайтын саз немесе басқа минералдарды жейді. Бұл мінез-құлық геофагия деп аталады. Өсімдіктердің қорғанысы шөпқоректілердің әртүрлі тіршілік стратегияларын қолдануын жартылай түсіндіруі мүмкін. Монофаг түрлер (бір туысқа жататын өсімдіктерді жейтін жануарлар) тамақтан уын шығару үшін арнайы ферменттер өндіруі немесе оқшауланған химиялық заттармен күресу үшін арнайы құрылымдарды дамытуы керек. Полифаг түрлері (көптеген түрлі отбасылардан өсімдіктерді жейтін жануарлар) керісінше, өсімдіктердің химиялық қорғанысының әртүрлі түрлерімен күресу үшін көбірек уын шығаратын ферменттер (әсіресе МФО) өндіреді. Полифагия көбінесе шөпқоректілердің қоныс өсімдіктері сирек кездесетін жағдайларда, жеткілікті мөлшерде тамақ алу қажеттілігінен пайда болады. Монофагия азық-түлік үшін түрлер аралық бәсекелестік болған кезде қолайлы, себебі мамандану жануарлардың ресурсты пайдаланудағы бәсекеге қабілеттілігін арттырады. Шөпқоректілердің мінез-құлқының бейімделуінің маңызды мысалы – енгізілген инсектицидтер мен пестицидтерге қатысты. Жаңа гербицидтер мен пестицидтердің енгізілуі уақыт өте келе осы химиялық заттарды айналып өтуге немесе пайдалануға қабілетті жәндіктерді іріктейді. Өсімдіктердің трансгендік популяциясына усыз өсімдіктерді немесе өздерінің инсектицидтерін өндіретін генетикалық түрлендірілген өсімдіктерді қосу егістік дақылдарымен қоректенетін жәндіктердің эволюция жылдамдығын азайтатыны көрсетілді. Бірақ осыған қарамастан, осы жәндіктерде бейімделу жылдамдығы одан әрі артып келеді.

Микробтық симбионттар

Шөпқоректілер күрделі целлюлозаны қорыта алмайды және оны пайдалану үшін целлюлозаны ыдыратуға өзара пайдалы, ішкі симбиоздық бактерияларға, саңырауқұлақтарға немесе протозоаларға тәуелді болады. Микробтық симбионттар сонымен қатар өсімдіктердің қосалқы метаболиттерін заласыздандыру арқылы шөпқоректілерге, әйтпесе жеуге болмайтын өсімдіктерді жеуге мүмкіндік береді. Мысалы, темекі қоңызының (Lasioderma serricorne) саңырауқұлақ симбионттары кейбір өсімдіктердің аллелохимиялық заттарын көміртек көзі ретінде пайдаланады, сонымен қатар басқа уларды жою үшін детоксикация ферменттерін (эстеразаларды) өндіреді. Микробтық симбионттар сондай-ақ, қонақ өсімдіктің қорғанысын әлсірету арқылы өсімдік материалдарын алуға көмектеседі. Кейбір шөпқоректілер зақымдалған қонақтармен қоректенуде жақсы нәтижелерге жетеді. Көк дақты саңырауқұлақтар ағаштардың қорғаныс механизмдерін әлсірететін және қабық қоңыздарына қоректенуге мүмкіндік беретін жараларды тудырады.

Хостты басқару

Шөпқоректілер көбінесе қожайын өсімдіктерін ресурстар ретінде тиімдірек пайдалану үшін манипуляция жасайды. Өсімдік жейтін жәндіктер өсімдік қорғанысына қарсы тұру үшін өсімдік жейтін микроортаның жағдайын өзгертеді. Мысалы, Pyralidae және Ctenuchidae тұқымдастарына жататын сіркекөздер Psychotria horizontalis түріндегі жаңа тропикалық бұтаның пісіп жеткен жапырақтарын жеп қоятын кеңейіп келе жатқан бүршіктің айналасына орайды. Жапырақтарды орау арқылы жәндіктер бүршікке жеткен жарықтың мөлшерін 95%-ға дейін азайтады, бұл көлеңкелеу бүршіктегі жапырақтардың қатаңдауына және таниннің концентрациясына жол бермейді, сонымен бірге азоттың қоректік пайдасын сақтайды. Lepidoptera личинкалары да жапырақтарды біріктіріп, жапырақтардың ішкі жағында тамақтанады, бұл St. John's wort-тағы фототоксин гиперициннің тиімділігін азайтады. Өсімдікқоректілер микроортасын өсімдік тіндерінен жасалған, бірақ өсімдікқоректілер бақылайтын желкелер арқылы да өзгертеді. Желкелер домтация (жайлау орны) және желке жасаушы үшін тағамдық көз ретінде қызмет етеді. Желкенің іші жеуге жарамды қоректік тіндерден тұрады. Тар жапырақты мақта ағаштарындағы (Populus angustifolia) желкелер «физиологиялық шұңқырлар» ретінде әрекет етеді, қоршаған өсімдік бөліктерінен ресурстарды жинақтап, желкенің ішінде шоғырландырады. Сонымен қатар, желкелер өсімдікқоректілерді жыртқыштардан қорғайды. Кейбір өсімдікқоректілер қожайын өсімдіктерінің қорғанысын жоюға қабілетті қоректену мінез-құлқындарын пайдаланады. Өсімдіктерді қорғау стратегиясының бірі – латекс және шайыр каналдарын пайдалану, олар жабысқақ токсиндер мен қорытылуды азайтатын заттарды қамтиды. Бұл канал жүйелері сұйықтықты қысыммен сақтайды, ал жарылған кезде (мысалы, өсімдікқоректілердің әрекетінен) екіншілік метаболикалық өнімдер зақымдалған жерге ағылады. Алайда, өсімдікқоректілер жапырақ тамырларын зақымдап, бұл қорғаныстан қашып шыға алады. Бұл әдіс латекс немесе шайырдың кесілген жерден тыс ағып кетуін азайтады және өсімдікқоректілерге зақымдалған бөліктің үстінде еркін тамақтануға мүмкіндік береді. Өсімдікқоректілер канал қысымын азайту үшін бірнеше стратегияларды қолданады, соның ішінде тамырларды кесу және траншея жасау. Тамырды кесу – өсімдікқоректінің жапырақ тамырларының бойында кішкентай тесіктер жасауы, ал траншея жасау – жапырақ ені бойынша кесіп, бөлінген бөлікті қауіпсіз жеуге мүмкіндік беруі. Сонымен қатар, үшінші әдіс бар, ол – сабақты айналып кесу, онда өсімдікқоректі сабақтың айналасында кесіп, жапырақтың қалған бөлігіндегі каналдардан бөліп тастайды. Dussourd және Denno 10 туысы бар өсімдіктердегі 33 түрлі өсімдікқоректілердің мінез-құлқын зерттеді және тармақталған канал жүйелері бар өсімдіктердегі өсімдікқоректілер тамырларды кесетінін, ал тор тәрізді канал жүйелері бар өсімдіктердегі өсімдікқоректілер траншея жасау арқылы өсімдік қорғанысынан қашып шығатынын анықтады. Бұл шығынды химиялық қорғаныс қолданатын өсімдіктермен, оны қолданбайтын өсімдіктермен салыстырғанда байқауға болады, егер өсімдікқоректілерді алып тастаса. Көптеген жәндік түрлері өздерін қорғау үшін өсімдік химиялық заттарын жинап, пайдаланады. Қаптамалы және ересек монарх көбелектері сүткөдектен жүрек гликозидтерін жинақтап, оларды дәмсіз етеді. Монарх шыбын-шіркейді немесе көбелекті жегеннен кейін, құс жыртқыш көбінесе құсып, болашақта ұқсас көбелектерді жеуден аулақ болады. Hemiptera тұқымдасына жататын екі түрлі сүткөдек құрты, Lygaeus kalmii және ірі сүткөдек құрты (Oncopeltus fasciatus), ашық-сары және қара түсті, және олар апсемалық түстес, яғни олар жарқын түстес болу арқылы өздерінің дәмсіздігін "жарнамалайды". Екіншілік метаболикалық өнімдер өсімдікқоректілер үшін токсиндердің антибиотикалық қасиеттеріне байланысты да пайдалы болуы мүмкін, олар өсімдікқоректілерді патогендерден қорғай алады. Сонымен қатар, екіншілік метаболикалық өнімдер өсімдікқоректілерге қоректену немесе жұмыртқа салу үшін өсімдікті анықтауға көмектесетін белгі ретінде қызмет ете алады.