Obramba rastlin pred rastlinojedi
Obramba pred rastlinojedci opisuje obrambne mehanizme rastlin, s katerimi se izognejo prehranjevanju. Obstajajo številne prilagoditve, ki izboljšujejo preživetje in razmnoževanje rastlin, saj zmanjšujejo vpliv rastlinojedcev.
Številne rastline proizvajajo kemikalije, ki spreminjajo vedenje, rast ali preživetje rastlinojedcev. Te kemične zaščite lahko delujejo kot repelenti ali toksini za rastlinojede ali pa zmanjšajo prebavljivost rastlin. Nekatere rastline, znane kot hiperakumulatorji, so specializirane za shranjevanje težkih kovin, ki so strupene za živali.
Nekatere rastline spodbujajo prisotnost naravnih sovražnikov rastlinojedcev, ki varujejo rastlino. Nekatere rastline nudijo dom mravljam, ki močno branijo rastlino.
Druge obrambne strategije, ki jih uporabljajo rastline, so beg ali izogibanje rastlinojedcem v času ali na mestu. Rastejo lahko tam, kjer rastlinojedci rastlin ne najdejo zlahka ali jih ne dosežejo. Rastejo lahko, ko rastlinojedcev ni v bližini. Rastline se lahko preusmerijo na nebistvene dele ali pa si rastlina lahko opomore od škode, ki jo je povzročil rastlinojed.
Vsaka vrsta obrambe je lahko konstitutivna (vedno prisotna v rastlini) ali inducirana (nastane kot odziv na poškodbe ali stres, ki ga povzročijo rastlinojedci). Rastline se lahko odzovejo na poškodbe in se nanje tudi odzovejo.
V preteklosti so bile žuželke najpomembnejši rastlinojedi, zlasti ličinke žuželk. Razvoj kopenskih rastlin je tesno povezan z razvojem žuželk. Medtem ko je večina obrambnih ukrepov rastlin usmerjena proti žuželkam, so se razvili tudi drugi obrambni ukrepi, ki so usmerjeni proti vretenčarskim rastlinojedcem, kot so ptice in sesalci.
Študij obrambe rastlin pred rastlinojedci ni pomemben le z evolucijskega vidika, temveč tudi zato, ker se ta obramba lahko uporablja v kmetijstvu, vključno z viri hrane za ljudi in živino.
Strupeni bršljan proizvaja urušiol, ki rastlino ščiti pred rastlinojedci. Pri ljudeh ta kemikalija povzroči alergijski kožni izpuščaj.
V lisičjih nageljnih nastaja več smrtonosnih kemikalij, in sicer srčni in steroidni glikozidi. Uživanje lahko povzroči slabost, bruhanje, halucinacije, krče ali smrt.
Posebna kemična obramba
Rastlinske kemikalije so se razvile tako, da vplivajo na žuželke. Nekatere od teh biokemičnih poti obstajajo tudi pri vretenčarjih, vključno z ljudmi. Številna zdravila so nastala iz kemikalij, ki jih rastline uporabljajo za zaščito pred rastlinojedci. Primeri so opij, aspirin, kokain in atropin.
Pirolizidinski alkaloidi nastajajo v rastlinah kot obrambni mehanizem pred rastlinojedimi žuželkami. V več kot 6 000 rastlinah je bilo identificiranih več kot 660 PA in PA N-oksidov. Približno polovica jih je hepatotoksičnih, kar pomeni, da napadajo delovanje jeter.
Razvoj obrambnih lastnosti
Prve kopenske rastline so se razvile iz vodnih rastlin pred približno 450 milijoni let v obdobju ordovika. Te prve kopenske rastline niso imele ožilja in so za razmnoževanje potrebovale prosto vodo. Vaskularne rastline so se pojavile pozneje, njihova diverzifikacija pa se je začela v obdobju devona (približno 400 mio. let). Imele so prilagoditve, kot so zaščitne prevleke za zmanjšanje izhlapevanja iz njihovih tkiv.
Razmnoževanje in širjenje vaskularnih rastlin v teh suhih razmerah je bilo doseženo z razvojem specializiranih semenskih struktur. Diverzifikacija cvetočih rastlin (angiospermov) v obdobju krede je povezana z nenadnim izbruhom speciacije pri žuželkah. Ta diverzifikacija žuželk je predstavljala veliko selekcijsko silo v evoluciji rastlin in je privedla do selekcije rastlin, ki so imele obrambne prilagoditve. Prvi rastlinojedi žuželke so grizli ali žvečili rastlinje, vendar je evolucija vaskularnih rastlin povzročila so-razvoj drugih oblik rastlinojedstva, kot so sesanje sokov, rudarjenje po listih, tvorjenje žolc in hranjenje z nektarjem.
Zapisi rastlinojedcev
Naše razumevanje rastlinojedstva v geološkem času izhaja iz treh virov:
- fosilizirane rastline, ki lahko ohranijo dokaze o obrambi (kot so bodice) ali poškodbah, ki jih je povzročil rastlinojed;
- opazovanje rastlinskih ostankov v fosilnih koprolitih (živalskih iztrebkih) in
- zgradbo ustnih delov rastlinojedcev.
Dokazi za rastlinojedstvo, ki so dolgo veljali le za mezozoikalni pojav, se najdejo skoraj takoj, ko se pojavijo fosili, ki bi ga lahko dokazali. V manj kot 20 milijonih let od prvih fosilov sporangij in stebel proti koncu silurja, okoli 420 mio. let, so bili najdeni dokazi, da so jih jedli. Živali so se hranile s sporami zgodnjedevonskih rastlin in tudi skrila iz Rhynieja dokazuje, da so se organizmi hranili z rastlinami s tehniko "prebodi in sesaj". Številne rastline iz tega časa so ohranjene s trnovimi izrastki, ki so morda imeli obrambno vlogo.
V naslednjih 75 milijonih let so rastline razvile vrsto kompleksnejših organov - od korenin do semen. Med razvojem posameznih organov in prehranjevanjem je bil 50 do 100 milijonov let dolg presledek. Hranjenje v luknjah in skeletonizacija sta zabeležena v zgodnjem permu, do konca tega obdobja pa se je razvilo hranjenje s površinskimi tekočinami.
Koevolucija
Rastlinojede živali so odvisne od rastlin in so razvile mehanizme za pridobivanje hrane kljub razvoju številnih obrambnih mehanizmov rastlin. Prilagoditve rastlinojedcev na obrambo rastlin so primerljive z napadalnimi lastnostmi. Gre za prilagoditve, ki omogočajo večje prehranjevanje in uporabo gostiteljske rastline. Odnosi med rastlinojedci in njihovimi gostiteljskimi rastlinami pogosto povzročajo vzajemne evolucijske spremembe, ki jih imenujemo koevolucija.
Ko rastlinojedci jedo, jedo rastline, ki se ne odzovejo dovolj obrambno. To je priložnost za rastline, ki se lahko branijo. Zato so rastline z obrambnimi mehanizmi vse pogostejše. V primerih, ko ta odnos izkazuje specifičnost (razvoj ene lastnosti je posledica druge) in vzajemnost (obe lastnosti se razvijata), se domneva, da sta se vrsti razvili skupaj.
Mehanizem "pobega in sevanja" za koevolucijo je zamisel, da so bile prilagoditve rastlinojedcev in njihovih gostiteljskih rastlin gonilna sila speciacije. Prilagoditve so imele vlogo pri sevanju vrst žuželk v dobi angiospermov. Nekateri rastlinojedci so razvili načine, kako izkoristiti obrambne mehanizme rastlin v svojo korist, tako da te kemikalije sekvestrirajo (hranijo) in jih uporabljajo za zaščito pred plenilci.
Časovni potek evolucije rastlin in začetki različnih načinov rastlinojedstva žuželk
List Viburnum lesquereuxii s poškodbami od žuželk; Dakota Sandstone (kreda) v okrožju Ellsworth, Kansas. Merilo je 10 mm.
Gosenica navadnega tigra Danaus chrysippus, ki pred prehranjevanjem naredi jarek, da bi blokirala obrambne kemikalije kalotropisa
Rastline potrebujejo tudi živali
Večina rastlin, ki tako odločno brani svoje liste, kljub temu potrebuje živali. Do 98 % cvetočih rastlin v tropskih nižinskih deževnih gozdovih je pri opraševanju in širjenju semen odvisnih od živali.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je obramba pred rastlinojedstvom?
O: Obramba pred rastlinojedstvom je niz prilagoditev, ki jih uporabljajo rastline, da bi zmanjšale učinek prehranjevanja s strani rastlinojedcev.
V: Kako se rastline branijo pred rastlinojedci?
O: Rastline lahko uporabljajo različne strategije za obrambo pred rastlinojedci, na primer proizvajajo kemikalije, ki delujejo kot repelenti ali toksini, skladiščijo težke kovine, ki so strupene za živali, spodbujajo prisotnost naravnih sovražnikov rastlinojedcev, nudijo domove za mravlje, ki močno branijo rastlino, ter se izognejo rastlinojedcem ali jim uidejo v času ali prostoru.
V: Ali so te obrambne funkcije vedno prisotne v rastlini?
O: Ne, te obrambe so lahko konstitutivne (vedno prisotne v rastlini) ali inducirane (nastanejo kot odziv na poškodbe ali stres, ki ga povzročijo rastlinojedci).
V: Katera vrsta živali je običajno povezana z obrambo rastlin?
O: V preteklosti so bile žuželke najpomembnejše pri obrambi rastlin. Razvoj kopenskih rastlin je tesno povezan z razvojem žuželk.
V: Ali obstajajo obrambni ukrepi, namenjeni vretenčarjem rastlinojedcem?
O: Da, razvile so se nekatere obrambne strategije, namenjene vretenčarskim rastlinojedcem, kot so ptice in sesalci.
V: Zakaj je preučevanje obrambnih mehanizmov rastlin pomembno?
O: Preučevanje obrambe rastlin pred rastlinojedci ni pomembno le z evolucijskega vidika, temveč tudi zato, ker se lahko te obrambe uporabljajo v kmetijstvu za hrano ljudi in živine.
