I Sport, ibland måste en spelare ta en för laget. Detsamma verkar vara sant i växtvärlden, där minskad individuell tillväxt kan gynna samhället i stort.

Fynden från University of Michigans Paul Glaum och André Kessler från Cornell University hjälper till att förklara uthålligheten hos vissa växtsamhällen när teorin förutspår att de skulle dö ut. Verket är planerat att publiceras den 11 december Naturkommunikation .

"Vi tittade på hur kemiska försvarssignaler från växter, tänkt att avskräcka växtätare, kan också avskräcka pollinatorer, sa Glaum, doktorand vid U-M institutionen för ekologi och evolutionsbiologi. "Det överraskande modellresultatet är att även om detta kan leda till konditionsförluster för individer, populationseffekterna kan vara positiva för pollinatörer och växter under vissa omständigheter."

Många växter, inklusive de vilda tomatarter som används i denna studie, producera kemiska föreningar för att stöta bort skadeinsekter och andra hungriga växtätare. Men samma kemiska försvar kan minska antalet besök på växten av pollinatörer som bin, vilket resulterar i mindre pollinering av enskilda växter och minskad tillväxt.

"Biologer har undrat hur en så kostsam försvarsmekanism kan upprätthållas i dessa växtpopulationer, " sa Glaum. "Hur skulle en växtpopulation med en sådan strategi bestå?"

Glaum och Kessler utvecklade en datormodell som visar att minskad tillväxt av enskilda växter kan gynna den totala populationen och samhällets motståndskraft genom att indirekt kontrollera växtätares befolkningstillväxt. Resultaten introducerar mekanismer för uthållighet i samhällen som tidigare befunnits vara benägna att utrotas i teoretiska modeller.

Tomater och andra växter producerar avvisande kemikalier som kallas flyktiga organiska föreningar som svar på växtätare attacker. Närvaron av dessa så kallade växtätare-inducerade flyktiga organiska föreningar kan göra växten mindre attraktiv för pollinatörer, som kan minska pollenavfallet och negativt påverka enskilda växter, en effekt som kallas växtätare-inducerad pollinatorbegränsning.

Tidigare modelleringsstudier har tittat på de direkta effekterna av växtätande på ett samhälle med tre arter:blommande växt, pollinerare och växtätare. Vissa av dessa studier förutspådde utrotning eftersom växande växtätarepopulationer skulle minska antalet växter, begränsar tillgängliga resurser för pollinatörer. Som svar, pollinatörpopulationen skulle minska, minska växternas reproduktion.

En nedåtgående spiral.

Men Glaum och Kessler kom till en annan slutsats när de inkluderade växtätare-inducerad pollinatorbegränsning (HIPL) i sin modell, vilket gjorde det möjligt för dem att undersöka bredare, mer indirekta effekter av växtätande på växtpopulationens persistens och samhällsdynamik.

"Vi visar att inkluderingen av mekanismer som HIPL i modeller genererar potentialen för oväntade befolknings- och samhällseffekter som kan minska tendensen till utrotning och faktiskt stödja samhällets uthållighet, " de skrev.

Modelleringsstudien tyder på att växtätare-inducerad frisättning av skyddande kemiska föreningar begränsar befolkningstillväxten hos både pollinatören och den blommande växten, därigenom tillfälligt och indirekt begränsa tillväxten av växtätande populationer och förhindra utrotning.

Glaum och Kessler genererade modellen med hjälp av data från en serie fältexperiment på Stillahavssluttningen av de peruanska Anderna utförda av Kessler och hans medarbetare med hjälp av den vilda tomatarten Solanum peruvianum. Denna växt utsätts för attacker av en mängd olika växtätande insekter och pollineras av vilda bin.

Forskarna mätte både frisättningen av växtätare-inducerade flyktiga organiska föreningar (HI-VOC) från de vilda tomatplantorna och pollinatörsbesök på olika nivåer av växtätande för att fastställa hur bipollinering förändras som en funktion av mängden växtätande som en växt upplever.

På fältet, växtätande av tomatplantorna visade sig signifikant minska antalet pollinatörer på grund av frisättningen av HI-VOC. Dock, modellstudien visade att det ömsesidigt fördelaktiga förhållandet mellan den blommande tomatplantan och dess bipollinatorer – såväl som det övergripande systemet – kan bestå genom högre grad av växtätande än forskare tidigare hade trott.

Arbetet stöddes delvis av National Institute of Food and Agriculture, US Department of Agriculture, Multistate Grant under NE-1501, tilldelas Kessler Lab.