Защитата от растителноядство
Защитата от растителноядство описва защитните механизми на растенията, за да се избегне изяждането им. Съществуват много приспособления, които подобряват оцеляването и размножаването на растенията, като намаляват въздействието на тревопасните.
Много растения произвеждат химикали, които променят поведението, растежа или оцеляването на тревопасните. Тези химически защити могат да действат като репеленти или токсини за тревопасните или да намалят смилаемостта на растенията. Някои растения, известни като хиперакумулатори, са специализирани в съхраняването на тежки метали, които са токсични за животните.
Някои растения насърчават присъствието на естествени врагове на тревопасните животни, които от своя страна защитават растението. Някои растения осигуряват дом на мравки, които защитават силно растението.
Други защитни стратегии, използвани от растенията, включват избягване или избягване на тревопасни животни навреме или на място. Те могат да растат на места, където растенията не са лесно откриваеми или достъпни за тревопасните. Те могат да растат, когато растителноядните животни не са наблизо. Билкоядните животни могат да се насочат към несъществени части или растението може да успее да се възстанови от щетите, причинени от растителноядните животни.
Всеки тип защита може да бъде конститутивен (винаги присъстващ в растението) или индуциран (произведен в отговор на увреждане или стрес, причинен от тревопасни). Растенията могат да реагират и реагират на повреди.
В миналото насекомите са били най-значимите тревопасни животни, особено ларвите на насекомите. Еволюцията на сухоземните растения е тясно свързана с еволюцията на насекомите. Въпреки че повечето защитни механизми на растенията са насочени срещу насекомите, са се развили и други защитни механизми, насочени към гръбначните тревопасни животни, като птици и бозайници.
Проучването на защитните механизми на растенията срещу тревопасните е важно не само от еволюционна гледна точка, но и защото тези механизми могат да се използват в селското стопанство, включително като източници на храна за хората и животните.
Отровният бръшлян произвежда урушиол, за да предпази растението от тревопасни животни. При хората този химикал предизвиква алергичен кожен обрив.
Напръстникът произвежда няколко смъртоносни химикала, а именно сърдечни и стероидни гликозиди. Яденето им може да предизвика гадене, повръщане, халюцинации, конвулсии или смърт.
Специфична химическа защита
Растителните химикали са се развили, за да въздействат на насекомите. Някои от тези биохимични пътища съществуват и при гръбначните животни, включително хората. Много фармацевтични продукти са получени от химикалите, които растенията използват, за да се предпазят от тревопасни. Примери за това са опиумът, аспиринът, кокаинът и атропинът.
Пиролизидиновите алкалоиди се произвеждат от растенията като защитен механизъм срещу растителноядни насекоми. Повече от 660 PA и PA N-оксиди са идентифицирани в над 6000 растения. Около половината от тях проявяват хепатотоксичност, т.е. засягат функцията на черния дроб.
Еволюция на защитните характеристики
Най-ранните сухоземни растения са се развили от водни растения преди около 450 милиона години (mya) през периода ордовик. Тези ранни сухоземни растения не са имали съдова тъкан и са се нуждаели от свободна вода за размножаването си. Съдовите растения се появяват по-късно и тяхното разнообразяване започва през девонската епоха (около 400 mya). Те са имали приспособления, като например защитни покрития, за да намалят изпарението от тъканите си.
Размножаването и разпространението на съдовите растения в тези сухи условия е постигнато чрез еволюцията на специализирани структури на семената. Разнообразяването на цъфтящите растения (ангиосперми) през периода креда се свързва с внезапен взрив на видообразуване при насекомите. Тази диверсификация на насекомите е представлявала основна селективна сила в еволюцията на растенията и е довела до селекция на растения, които са имали защитни приспособления. Първите насекоми тревопасни са хапели или дъвчели растителността, но еволюцията на съдовите растения е довела до съвместна еволюция на други форми на тревопасни, като смучене на сокове, извличане на листа, образуване на жлъчка и хранене с нектар.
Регистри на тревопасни животни
Разбирането ни за растителноядството в геоложкия период идва от три източника:
- вкаменени растения, които могат да запазят следи от защита (като бодли) или увреждания, причинени от тревопасни животни;
- наблюдение на растителни остатъци във фосилизиран копролит (животински изпражнения); и
- строежа на устията на тревопасните.
Дълго време се смяташе, че това е мезозойско явление, но доказателства за тревопасните се откриват почти веднага след като се появят вкаменелостите, които биха могли да ги покажат. В рамките на по-малко от 20 милиона години след първите фосили на спорангии и стъбла към края на силура, около 420 mya, има доказателства, че те са били изяждани. Животните са се хранили със спорите на раннодевонските растения, а ринийската черта също предоставя доказателства, че организмите са се хранили с растения, използвайки техниката "пробий и смучи". Много растения от това време са запазени с бодливи израстъци, които може би са имали защитна роля.
През следващите 75 милиона години растенията развиват редица по-сложни органи - от корени до семена. Между еволюцията на всеки орган и храненето с него е имало интервал от 50 до 100 милиона години. Храненето по дупки и скелетирането са регистрирани в началото на перм, а храненето с повърхностни течности се развива към края на този период.
Съвместна еволюция
Билкоядните животни зависят от растенията за храна и са развили механизми за набавяне на тази храна въпреки еволюцията на много защитни механизми на растенията. Адаптациите на тревопасните към защитата на растенията се оприличават на нападателни черти. Те са адаптации, които позволяват засилено хранене и използване на растението-гостоприемник. Взаимоотношенията между растителноядните животни и техните растения-гостоприемници често водят до реципрочни еволюционни промени, наречени ко-еволюция.
Когато растителноядните животни се хранят, те изяждат растения, които нямат достатъчна защитна реакция. Това създава възможност за растения, които могат да се защитят. Така растенията със защитни механизми стават по-разпространени. В случаите, когато тази връзка показва специфичност (еволюцията на всеки признак се дължи на другия) и реципрочност (и двата признака еволюират), се смята, че видовете са еволюирали съвместно.
Механизмът "бягство и радиация" за ко-еволюцията е идеята, че адаптациите при тревопасните и техните растения-гостоприемници са били движещата сила за видообразуването. Адаптациите са изиграли роля за радиацията на видовете насекоми през епохата на покритосеменните растения. Някои растителноядни животни са развили начини да превземат защитните механизми на растенията в своя полза, като секвестират (съхраняват) тези химикали и ги използват, за да се предпазят от хищници.
Хронология на еволюцията на растенията и началото на различните начини на растителноядство на насекомите
Лист на Viburnum lesquereuxii с повреди от насекоми; пясъчник Дакота (креда) в окръг Елсуърт, Канзас. Мащабът е 10 mm.
Обикновена тигрова гъсеница Danaus chrysippus, която прави ров, за да блокира защитните химикали на Calotropis преди хранене
Растенията се нуждаят и от животни
Повечето от растенията, които защитават листата си толкова енергично, все пак се нуждаят от животни. До 98 % от цъфтящите растения в тропическите дъждовни гори в низините разчитат на животни за опрашването и разпространението на семената.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява защитата срещу растителноядството?
О: Защитата срещу растителноядството е набор от приспособления, използвани от растенията, за да се намали ефектът от изяждането им от растителноядни животни.
В: Как растенията се защитават от растителноядни животни?
О: Растенията могат да използват разнообразни стратегии за защита от тревопасни, като например производство на химикали, които действат като репеленти или токсини, съхраняване на тежки метали, които са токсични за животните, насърчаване на присъствието на естествени врагове на тревопасните, осигуряване на жилища за мравки, които защитават силно растението, и избягване или избягване на тревопасни във времето или на мястото.
В: Винаги ли тези защитни механизми присъстват в растението?
О: Не, тези защитни механизми могат да бъдат конститутивни (винаги налични в растението) или индуцирани (създадени в отговор на повреди или стрес, причинени от тревопасни).
В: Какъв вид животни обикновено са свързани със защитните механизми на растенията?
О: Исторически погледнато, насекомите са били най-значими, когато става въпрос за растителни защити. Еволюцията на сухоземните растения е тясно свързана с еволюцията на насекомите.
В: Има ли защитни механизми, насочени към гръбначните тревопасни животни?
О: Да, развили са се някои защитни стратегии, насочени към гръбначни тревопасни животни, като птици и бозайници.
В: Защо е важно да се изучават защитните механизми на растенията?
О: Проучването на защитните механизми на растенията срещу тревопасните е важно не само от еволюционна гледна точка, но и защото тези защитни механизми могат да се използват в селското стопанство като източник на храна за хората и добитъка.
