När åttaårige Hugo Deans upptäckte en handfull föremål i storleken BB som låg nära ett myrbo under en stock på hans bakgård, trodde han att de var en typ av frö. Hans far, Andrew Deans, professor i entomologi vid Penn State, visste dock omedelbart vad de var - ekgaller eller växter utlösta av insekter. Vad han inte insåg direkt var att gallorna var en del av ett utarbetat förhållande mellan myror, getingar och ekar, vars upptäckt skulle vända ett sekel av kunskap om interaktioner mellan växter och insekter på huvudet.

När jag ser tillbaka säger Hugo, nu 10, att han "trodde att de var frön, och jag kände mig upphetsad eftersom jag inte visste att myror samlade frön. Jag trodde alltid att myror skulle äta matrester och sånt runt huset. Sedan blev jag mer upphetsad när [min pappa] sa till mig att de var gallor, eftersom [min pappa] var så upphetsad. Jag blev förvånad över att myror samlade gallor för varför skulle de göra det?"

Enligt Andrew Deans, som också är chef för Penn State's Frost Entomological Museum, är många växt-insektsinteraktioner väl dokumenterade. Till exempel har de flesta "cynipida" getingarter länge varit kända för att få ekar att producera skyddande gallor - eller tillväxt - runt sina larver för att säkerställa säkerheten för deras utvecklande avkomma. Dessutom producerar vissa växter – inklusive blodrot (Sanguinaria canadensis), en vildblomma som är hemma i Nordamerika – ätbara bihang, kallade elaiosomer, på sina frön för att locka till sig myror, som sedan sprider fröna genom att bära dem tillbaka till sina bon. Det sistnämnda exemplet kallas "myrmecochory" – eller frönspridning av myror.

"I myrmecochory får myror lite näring när de äter elaiosomerna, och växterna får sina frön spridda till ett fiendefritt utrymme", förklarar Deans. "Fenomenet dokumenterades först för över 100 år sedan och lärs ofta ut till biologistudenter som ett exempel på en växt-insektsinteraktion."

Teamets nya forskning – initierad av Hugos upptäckt av gallor som låg nära ett myrbo – avslöjade en mycket mer komplex typ av myrmecochory, en som kombinerade interaktionen mellan geting-ekgall och den ätbara bihang-myrinteraktionen.

"Först observerade vi att även om dessa gallor normalt innehåller en köttig blekrosa "mössa", hade gallorna nära myrboet inte dessa mössor, vilket tyder på att de kanske åts av myrorna", säger Deans. "I slutändan ledde detta till att vi upptäckte att gallgetingar manipulerar ekar för att producera gallor, och tar sedan ytterligare ett steg och manipulerar myror för att hämta gallorna till sina bon, där getinglarverna kan skyddas från gallpredatorer eller få andra fördelar. Detta Interaktion med flera lager är häpnadsväckande, det är nästan svårt att omsluta det."

Teamets resultat publicerade i tidskriften American Naturalist .

Undersöker interaktionen

För att bättre förstå interaktionen genomförde forskarna en serie fält- och laboratorieexperiment. För det första, för att avgöra om, liksom eliaosomer, ekgallhatten – som forskarna döpte kapéllos (grekiska för "keps") – verkligen var ätbara och attraktiva för myror, observerade teamet direkt ekgaller i myrkolonier i naturen i Western New York och centrala Pennsylvania. Dessutom sätter de upp videokameror för att fånga ytterligare interaktioner mellan djur och galla. På båda platserna såg de myror som transporterade gallor till sina bon. Inuti bon togs alla ätbara mössor bort, medan själva gallorna förblev intakta.

I en andra uppsättning experiment för att avgöra om kapéllos fungerade på samma sätt som elaiosomer, undersökte forskarna myrpreferensen för ekgaller jämfört med blodrotsfrön. De satte upp frö-/gallbetestationer och observerade att myror tog bort samma antal frön och gallor, vilket tyder på att det inte finns någon skillnad i myrpreferens.

Därefter genomförde forskarna ett laboratorieexperiment för att dokumentera om myror samlade gallor på grund av deras näringsrika kapéllos. De satte upp tre petriskålsbehandlingar – som innehöll hela gallor, gallkroppar med kapéllos borttagna eller kapéllos med gallkroppar borttagna – tillsammans med en kontrollskål som innehöll en annan typ av galla som inte hade ett ätbart bihang. De introducerade myror till petriskålarna. De fann att myrans intresse inte skilde sig mellan kontrollgallorna och de kapellofria behandlingsgallorna, som båda saknade ätbara komponenter. Däremot var myrsintresset större för gallor med intakta kapéllos och för enbart kapéllos än för kontrollgallor.

"Vi visade att gallor med mössa var mycket mer attraktiva för myror än gallor utan mössa och att mössorna i sig också var attraktiva för myrorna", säger John Tooker, professor i entomologi. "Detta antydde att mössorna måste ha utvecklats som ett sätt att locka myror."

Slutligen frågade teamet:"Vad är det i kapéllos som gör dem så attraktiva för myror?" Enligt Tooker är elaiosomernas kemi väl studerad och känd för att innehålla näringsrika fettsyror. Därför jämförde teamet den kemiska sammansättningen av kapéllos med elaiosomer och fann att kapéllos också innehöll hälsosamma fettsyror.

"Fettsyrorna som är rikliga i gallhattarna och eliosomerna verkar efterlikna döda insekter", säger Tooker. "Myror är asätare som är ute och försöker hitta och ta tag i allt som är lämpligt att föra tillbaka till sin koloni, så det är inte en slump att gallhattarna och elaiosomerna båda har fettsyror som är typiska för döda insekter."

Vilket kom först?

Den sista och enligt forskarna mest spännande frågan som teamet ställde sig var:"Vilken kom först i evolutionär tid? Den elaiosoma interaktionen eller gallinteraktionen?"

"Med tanke på att myrmecochory beskrevs för mer än ett sekel sedan och har undersökts väl och lärts ut i skolor, kan man anta att den elaiosoma interaktionen kom först, men det antagandet kan vara fel av flera skäl", säger Robert J. Warren II. professor i biologi, SUNY Buffalo State.

En anledning, förklarade han, är att myrmecochorousväxter, som blodrötter, endast utgör en mycket liten andel av alla växtarter och därför kanske inte bidrar med tillräckligt med matresurser för att driva naturligt urval hos myror. Ekgaller är dock rikligt förekommande. I själva verket, säger Warren, var de en gång så rikliga att de regelbundet användes för att göda boskap.

"Om dessa galler var så rikliga och utvecklade denna taktik att odla denna mössa för tusentals år sedan, kunde det ha varit en stark drivkraft för naturligt urval hos myror", säger Warren. "Det kan vara så att myror länge var vana vid att plocka upp gallor med mössa, och sedan när vårens vilda blommor började producera frön som råkade ha ett ätbart bihang, var myror redan benägna att plocka upp saker med ett fettsyrabihang."

Dekaner noterade att teamet nyligen fick ett anslag för att utföra fylogenetiskt arbete för att ytterligare undersöka vilka av dessa interaktioner som kom först i evolutionär tid.

"Att förstå hur dessa interaktioner utvecklades och hur de fungerar hjälper till att reda ut komplexiteten i livet på jorden lite mer," säger han.

Om hur det kändes att bidra till en så viktig upptäckt säger Hugo "Jag slår vad om att andra barn har gjort liknande upptäckter men aldrig visste hur viktiga de kunde vara. Jag känner mig verkligen glad och stolt över att veta att jag var en del av en viktig vetenskaplig upptäckt. Det är konstigt att tro att bara några myror som samlade vad jag trodde var frön faktiskt var ett viktigt vetenskapligt genombrott."

På frågan om han vill bli en entomolog som sin pappa när han blir stor, med tanke på att han redan har gjort sin första vetenskapliga upptäckt, säger Hugo "inte riktigt. Jag vill vara annorlunda ... unik ... när jag blir stor. " + Utforska vidare

Krypthållargeting visade sig parasitera flera arter av gallgeting