Введение

Вид бобовых Vachellia cornigera, широко известный как акация с роговидными шипами (семейство Fabaceae), – это колючее дерево с раздутыми шипами и мирмекофит, произрастающий в Мексике и Центральной Америке. Название "акация с роговидными шипами" происходит от увеличенных, полых, раздутых шипов (технически называемых стипулярными шипами), которые растут парами у основания листьев и напоминают рога быка. На полуострове Юкатан (одном из регионов, где хорошо растет эта акация) её называют "субин", а в Панаме местные жители называют "качито" (маленький рог). Эти деревья обычно встречаются во влажных низменностях.

Морфология

Акации бычьяго рога часто встречаются в виде деревьев высотой 10 метров (33 фута). Их кора серая или коричневая и имеет небольшие бороздки. Молодые побеги красновато-коричневого цвета и покрыты опушением, то есть мелкими волосками. Листья расположены поочередно, у основания каждого листа – пара колючих выростов. Цвет колючек может сильно варьироваться от коричневого до красного и желтого. На колючках живут муравьи, защищающие растение от поедания травоядными. На кончиках листьев можно обнаружить тела Белтиана. Они содержат жиры и сахара, служащие пищей для муравьев. Укус муравья в рот или язык – эффективный способ удержать животных от объедания нежной листвы. Помимо защиты *V. conigera* от муравьев-листорезов и других нежелательных травоядных, муравьи также уничтожают инвазивные саженцы вокруг основания дерева, которые могут его перерасти и заблокировать жизненно важный солнечный свет.

Физиология

Физиология химической сигнализации акации (vachellia cornigera) и муравья P. ferrugineus использует типичные сигнальные пути реакции травоядных, экспрессируемые в растениях. Однако, акация-бульхорн расширяет функцию этой сигнализации, чтобы привлекать муравьев для защиты от травоядных. Это приводит к облигатной связи акации с муравьями P. ferrugineus. В этой связи растения обеспечивают муравьев убежищем в виде вздутых колючек, пищей в виде белково-липидных бельтиановых телец и сахаром, выделяемым внецветковыми нектариями. Бельтиановы тельца – это небольшие отрывочные кончики на листочках акации, эволюционировавшие в многоклеточные структуры для обеспечения пищей защитных муравьиных колоний. Муравьи P. ferrugineus прорезают небольшие отверстия в колючках акации, где откладывают яйца и заботятся о личинках. Эти колючки водонепроницаемы и сохраняют влагу, защищающую муравьев. Коммуникация между акацией и муравьями опосредована летучими веществами, образующимися при повреждении растительности. Основное летучее вещество, выделяемое из измельченных листьев, было идентифицировано с помощью газовой хроматографии как транс-2-гексеналь. В эксперименте Уильяма Ф. Вуда и Бренды Дж. Вуд растворы транс-2-гексеналя и дихлорметана наносили на акацию, чтобы проверить реакцию муравьев. Результаты показали, что статистически значимое количество муравьев проявляло более агрессивное поведение и роилось вокруг участков с транс-2-гексеналем, чем с дихлорметаном, что доказывает, что транс-2-гексеналь является основным летучим веществом, используемым акацией-бульхорн для сигнализации о своей опасности муравьям. Таким образом, первоначальным сигналом пути ответа на повреждение является физическое повреждение листа. Это приводит к увеличению уровня Ca2+ в клетках листа, генерируя вариационный потенциал. В результате вариационного потенциала поврежденные листья выделяют летучее вещество транс-2-гексеналь, которое муравьи воспринимают и реагируют на него, роясь в поврежденном участке, чтобы отогнать травоядных. Однако выделение летучих веществ в ответ на повреждение имеет и вторичную функцию. Исследование Эрнандеса Сепеды и др. показало, что выделение летучих веществ соответствует активации пути ясмоновой кислоты в растениях – распространенного пути в растениях, который активируется в ответ на повреждение. Кроме того, применение ясмоновой кислоты к листьям привело к увеличению производства внецветкового нектара CWIN (инвертазный регулятор секреции нектара, обнаруженный в клеточной стенке). Таким образом, можно понять, что при повреждении акация-бульхорн создает сигнал муравьям для защиты, одновременно увеличивая производство источника пищи для муравьев. Внецветковые нектарии, представляющие собой железы растений, выделяющие нектар, расположены на черешках акации и являются источником пищи для муравьев. Выделяемый нектар играет важную роль в косвенной защите растений путем привлечения защищающих муравьев. Пока растения заселены мутуалистическими муравьями, внецветковый нектар будет выделяться с резким суточным пиком (между 8 и 10 утра). Нектарий является местом синтеза нектара, а синтезируемые компоненты включают сахар, аминокислоты и нектарины. Метаболический механизм производства внецветкового нектара синтезируется и активен во время секреции, а затем разрушается после нее. Инвертаза – это фермент, который, по данным Ороны Тамайо и др., играет важную роль в секреции нектара, поскольку он накапливается в нектариях непосредственно перед секрецией, а затем быстро снижается после нее. Секреция нектара из нектариев и пищевых телец на листьях, а также убежище (пустые колючки у основания листа) известны как синдром вздутых растений. Этот синдром жизненно важен для выживания акации, поскольку он облегчает взаимовыгодное взаимодействие между растением и муравьями P. ferrugineus. Однако этот синдром развивается только через несколько недель после прорастания. Сообщалось, что синдром вздутых колючек (производство специализированных признаков в виде полых колючих шипов, бельтиановых телец и внецветковых нектариев) отсутствовал на ранних стадиях развития акации-бульхорн. Лайтти и Поэтиг связали экспрессию синдрома вздутых колючек с изменением экспрессии генов miR156/miR157 и соответствующим увеличением их целевых факторов транскрипции SPL. В частности, они обнаружили, что постепенное снижение уровня miRNA156/157 коррелировало с постепенным увеличением длины внецветковых нектариев и увеличением количества бельтиановых телец. Кроме того, вздутие прилистников происходило на узлах с самым низким уровнем этих miRNA. Их результаты показывают, что этими признаками управляет путь miR156/miRNA157 SPL, что позволяет предположить, что этот синдром является зависимым от возраста (временной регуляции) следствием генетической регуляции, а не пассивных ограничений развития. В исследовании Хайла и др. в 2014 году исследовательская группа обнаружила, что растения-хозяева (акации) манипулируют своими обитателями-муравьями (Pseudomyrmex), ингибируя их сукрозоинвертазу. Этот фермент расщепляет сахарозу у муравьев. Инвертаза у муравьев ингибируется хитиназой, белком внецветкового нектара (EFN), содержащимся в нектаре, предоставляемом муравьям акацией. Связываясь с ферментами сукрозоинвертазы у муравьев, хитиназа предотвращает расщепление ими сахарозы. Дерево акации EFN не содержит сахарозы, поэтому муравьи могут переваривать EFN, предоставляемый акацией, но не другой нектар, содержащий сахарозу. Неизвестно муравьям, что именно этот источник (EFN) содержит ингибирующую хитиназу. Эта манипуляция физиологией муравьев акацией обеспечивает продолжение защитного поведения муравьев. Симбиотические отношения между акацией-бульхорн и муравьями P. ferrugineus носят взаимовыгодный характер для обоих видов. Эти отношения имеют множество физиологических факторов как у акации, так и у муравьев. Поведение, возникающее в результате этих факторов, в настоящее время включает: защиту акации муравьями и секрецию нектара акацией, приводящую к манипулированию муравьями акацией.

Декоративное использование

Колючки V. cornigera часто нанизывают на нить для изготовления необычных ожерелий и поясов. В Сальвадоре роговидные шипы используют в качестве ножек для маленьких кукол-балеринок из семян, которые носят как декоративные броши.

Традиционная медицина

Колючки V. cornigera также используются в традиционной майяской акупунктуре.