Chili i brukselka idą na wojnę

Zaciekawiło was kiedykolwiek, dlaczego papryczki chili, czyli owoce niektórych gatunków roślin z rodzaju Capsicum, są ostre? Prosta odpowiedź brzmi, że odpowiedzialne za to są kapsaicynoidy (kapsaicyna i pokrewne związki). Kapsaicyna wiąże się ze znajdującym się w neuronach receptorem wanilinoidowym podtypu 1 (TRPV1 albo VR1), który reaguje także m. in. na wysokie temperatury – stąd odczucia towarzyszące jedzeniu chili.

Naukowców zaciekawiło jednak, po co roślinie kapsacynoidy. Ponieważ owoce służą do rozprzestrzeniania nasion, nie mogą się marnować jako pożywienie stworzeń, które w tym nie pomagają. Ptaki, które jedzą papryczki chili, roznoszą ich nasiona.  Większość ssaków niechętnie spożywa papryczki, a równocześnie stwierdzono, że ssaczy układ pokarmowy uszkadza nasiona chili uniemożliwiając im wzrost. W naturze rzeczywiście nasiona chili są roznoszone przez ptaki (Tewksbury i Nabhan 2001). Zbadano również, jak to się dzieje, że ptaki nie stronią od ostrej papryczki. Jest to związane z odmienną budową ich receptora TRPV1, która powoduje, że nie wiąże on kapsaicyny (Jordt i Julius 2002). Zatem kapsacynoidy chronią papryczki przed zjedzeniem przez ssaki.

Jednak kapsaicynoidy mają także właściwości grzybo- i bakteriobobójcze (Cichewicz i Thorpe 1996, Molina-Torres i in. 1999). Autorzy badań nad roznoszeniem nasion chili przez ptaki zajęli się więc również wpływem tych związków na patogeny Capsicum (Tewksbury i in. 2008). Zbadali rośliny z gatunku Capsicum chacoense rosnące w Boliwii, Argentynie i Paragwaju, i odkryli, że nie każdy egzemplarz produkuje kapsaicynoidy. W niektórych miejscach rosną obok siebie takie, które to robią, i takie, które ich nie wytwarzają. W innych okolicach właściwie wszystkie papryczki są pełne kapsacynoidów. Naukowcy postanowili więc zbadać je i sprawdzić, czy patogeny szkodzą bardziej roślinom niewytwarzającym kapsaicynoidów, czy kapsacynoidy wpływają na rozmiar szkód wywołanych przez patogeny, i czy procent roślin je produkujących jest związany z ilością patogenów.

Głównym patogenem Capsicum chacoense jest grzyb Fusarium semitectum. Jest on roznoszony przez owady, które nakłuwają papryczki podczas żerowania i przy okazji wpuszczają tam szkodnika. Okazuje się, że mdłe chili są infekowane przez Fusarium dwukrotnie częściej, niż ostre. Żeby się upewnić, że wpływ na to ma zawartość kapsaicynoidów, naukowcy przygotowali pożywki naśladujące skład papryczek, różniące się między sobą jedynie obecnością i stężeniami dwóch głównych „ostrych” związków – kapsaicyny i dihydrokapsaicyny, i dodali do nich Fusarium. Wyniki były zgodne z oczekiwaniami – kapsaicyna hamowała wzrost grzyba, a jej skuteczność wzrastała wraz z jej ilością. Ten sam, choć nieco słabszy efekt dała dihydrokapsaicyna. Naukowcy zbadali także rośliny z różnych części Boliwii i stwierdzili, że im więcej na owocach śladów nakłuć przez owady, czyli okazji do infekcji grzybem, tym ostrzejsze chili rosną w tych okolicach. Wniosek jest prosty – to presja selekcyjna wywoływana przez patogen powoduje, że papryczki produkują kapsaicynę. Jednak inne badania pokazują, że ma to swoje koszty – im ostrzejsze owoce Capsicum chacoense, tym cieńsze skorupki nasion,  co wiąże się z uszkodzeniami podczas ich pobytu w przewodzie pokarmowym ptaków (Tewksbury i in. 2008).

Czyli smak papryczek chili zawdzięczamy grzybom. Być może to właśnie jej właściwości grzybobójcze  spowodowały, że ludzie ją udomowili. Papryczki chili to bowiem jedna z pierwszych roślin udomowionych w Ameryce Płd – badania wskazują, że stało się to ok. 7500 lat temu (Perry i in. 2007).

Istnieją też rośliny, które walczą z wrogami zgodnie z zasadą „wróg mojego wroga jest moim przyjacielem”. Przykładem może być brukselka (Brassica oleracea var. gemmifera). Motyl bielinek kapustnik składa jajeczka na liściach, a kiedy gąsiennice się wyklują, zaczynają żerowanie. Brukselka nie jest jednak  całkiem bezbronna, ponieważ może wezwać na odsiecz sojuszników.

Bielinki mają groźnego wroga. Są nim kruszynki Trichogramma brassicae, półmilimetrowe owady z rzędu błonkówek, których larwy pasożytują na świeżo złożonych jajeczkach motyli. Kilka lat temu rozszyfrowano sposób, w jaki Trichogramma znajdują złożone jaja (Fatouros i in. 2005). Okazuje się, że kierują się zapachem 2-fenyloacetonitrylu.  Jest on produkowany jest  przez samce bielinka i wykorzystywany jako coś w rodzaju antyafrodyzjaku – przekazanie go samicy podczas kopulacji powoduje, że staje się ona mniej atrakcyjna dla innych samców (Andersson i in. 2003). Kruszynki poszukują motyli pachnących 2-fenyloacetonitrylem i przyczepiają się do nich, a gdy samica wyląduje na roślinie i złoży jaja, wykorzystują sytuację i składają w ich wnętrzu własne. Po kilku dniach z wyjedzonego od środka jaja wydostają się dorosłe kruszynki. Samice Trichogramma muszą złożyć swoje jajeczka w motylich w ciągu 2-3 dni, zanim wykluje się gąsienica. Więcej wiadomości o kruszynkach i o ich wykorzystywaniu do zwalczania motyli – szkodników roślin uprawnych można znaleźć tu.

Brukselka również reaguje na 2-fenyloacetonitril oraz inne związki zostawiane przez motyle razem z jajami. Naukowcy przyjrzeli się ekspresji genów w liściach brukselki, i okazało się, że kontakt z motylim depozytem lub z samym antyafrodyzjakiem powoduje duże zmiany. Efekty nie są widoczne od razu. Przez pierwsze 24 godziny po posmarowaniu liścia mieszanką towarzyszącą motylim jajom lub samym 2-fenyloacetonitrilem nic się nie dzieje, ale potem okolice tego miejsca robią się bardzo atrakcyjne dla kruszynków. Zatem zmiany w ekspresji genów w roślinie w odpowiedzi na sygnały świadczące o zagrożeniu pasożytem prowadzą do wysłania przez nią sygnału SOS wzywającego na pomoc sojusznika (Fatouros i in. 2008).