Interakcje roślin z owadami mogą być kształtowane przez stechiometrię ekologiczną

Głównym czynnikiem, którego wpływ na organizmy uwzględnia się w ekologii ekosystemów i ekologii ewolucyjnej, jest bilans energetyczny. Wskutek tego badacze skupiają się na energetycznych korzyściach i kosztach adaptacji, wydajności przyswajania i inwestycji energii oraz ograniczeniach budżetu energetycznego. Jednak równie ważny jest problem bilansu stechiometrycznego i rozbieżności pomiędzy składem budulca tworzącego tkanki konsumenta oraz jego pokarmu. Ta rozbieżność kształtuje cechy historii życiowych organizmów (np. tempo wzrostu, wielkość ciała czy strategię reprodukcji) oraz wpływa na interakcje roślin z roślinożercami. W związku z tym stechiometria (proporcje pierwiastków) tkanek konsumenta i jego pokarmu może służyć jako narzędzie badawcze podczas studiowania mechanizmów kształtujących interakcje roślin z owadami roślinożernymi. W części przeglądowej niniejszej pracy przedstawione są ramy programu badawczego stechiometrii ekologicznej, w kontekście oddziaływań roślina-owad w ekosystemach lądowych. Zaproponowany jest wskaźnik trophic stoichiometric ratio (TSR) - narzędzie użyteczne do wykrywania pierwiastków stężonych w pożywieniu w zbyt małych ilościach względem potrzeb konsumenta, potencjalnie limitujących wzrost i rozwój roślinożercy, tym samym kształtując zależności między roślinami, a roślinożercami. Rozwijając idee przedstawione w części przeglądowej, zaprezentowano, na przykładzie murarki ogrodowej (Osmia bicornis - pszczoła samotna, pyłkożerca), jak zastosowanie programu stechiometrii ekologicznej do badania interakcji roślina-owad, może owocować interesującymi hipotezami i ważkimi wyjaśnieniami. Wzrost i rozwój murarki może być kolimitowany przez niedór K, Na oraz N w pożywieniu (pyłku roślinnym), natomiast produkcja kokonu może być kolimitowana przez niedobór P, Mg, K, Na, Zn Ca oraz N. Skład pierwiastkowy pyłku odznacza się wysoka zmiennością taksonomiczną. Konieczność stechiometrycznego zbilansowania diety może kształtować strategie zdobywania pokarmu i reprodukcji oraz wpływać na śmiertelność i dostosowanie pyłkożercy, kształtując interakcje owada z roślinami. Zależność cech historii życiowych od stechiometrii pożywienia powinna być brana pod uwagę podczas badania ewolucji historii życiowych oraz interakcji roślin z owadami. Wskaźnik TSR może służyć jako poręczne, a zarazem skuteczne narzędzie podczas takich badań.The energy budget of organisms is a primary factor used to generate hypotheses in ecosystem ecology and evolutionary theory. Therefore, previous studies have focused on the energy costs and benefits of adaptations, the efficiency of energy acquisition and investment, and energy budget limitations. The maintenance of stoichiometric balance is equally important because inconsistency between the chemical composition of the consumer’s tissues and that of its food sources strongly affects the major life-history traits of the consumer and may influence the consumer’s fitness and shape plant-herbivore interactions. In this short review, the framework of ecological stoichiometry is introduced, focusing on plant-insect interactions in terrestrial ecosystems. The use of the trophic stoichiometric ratio (TSR) index is presented as a useful tool for indicating the chemical elements that are scarce in food and have the potential to limit the growth and development of herbivores, thereby influencing plant - herbivorous insect interactions. As an example, the elemental composition and stoichiometry of a pollen consumer (mason bee Osmia bicornis) and its preferred pollen are compared. The growth and development of O. bicornis may be colimited by the scarcity of K, Na, and N in pollen, whereas the development of the cocoon might be colimited by the scarcity of P, Mg, K, Na, Zn, Ca, and N. A literature review of the elemental composition of pollen shows high taxonomical variability in the concentrations of bee-limiting elements. The optimized collection of pollen species based on the elemental composition may represent a strategy used by bees to overcome stoichiometric mismatches, influencing their interactions with plants. It is concluded that the dependence of life-history traits on food stoichiometry should be considered when discussing life history evolution and plant-herbivore interactions. The TSR index may serve as a convenient and powerful tool in studies investigating plant-insect interactions