Co chroni liście przed zjedzeniem?
Rośliny utrudniają zwierzętom zjadanie swoich tkanek – stawiają fizyczne bariery albo wytwarzają substancje, które zniechęcają do żerowania. Niektóre korzystają nawet z pomocy drapieżnych owadów. Część zabezpieczeń działa stale, inne uruchamiają się dopiero po ataku. Zwykły liść może więc być znacznie trudniejszym posiłkiem, niż sugeruje jego wygląd...
Najważniejsze informacje
- Ciernie i kolce utrudniają zwierzętom dostęp do miękkich części roślin.
- Włoski pokrzywy wprowadzają drażniącą zawartość do skóry po odłamaniu końcówki.
- Substancje obronne mogą zatruwać roślinożerców lub utrudniać im trawienie.
- Zapach zaatakowanej rośliny może przyciągać naturalnych wrogów roślinożerców.
- Nektar wydzielany poza kwiatami przyciąga mrówki, które mogą chronić liście.
- Gąsienice monarcha wykorzystują część toksyn trojeści do własnej ochrony.
- W jednym doświadczeniu pobudzenie obrony dzikiego tytoniu bez zagrożenia zmniejszyło produkcję żywotnych nasion o 26%.
Sposoby obrony roślin przed zwierzętami
Duży roślinożerca może zatrzymać się przed ciernistym pędem. Drobnej gąsienicy wystarczy natomiast przeszkoda, którą człowiek dostrzeże dopiero z bliska. Nie ma jednego zabezpieczenia skutecznego wobec wszystkich zwierząt, dlatego rośliny często łączą różne rozwiązania.
Ciernie i kolce. Utrudniają uchwycenie pędu pyskiem, ograniczając dostęp do miękkich części. To różne struktury: róża ma kolce, natomiast tarnina wytwarza ciernie z przekształconych pędów. Taką różnicę w ich budowie łatwo przeoczyć, choć oba zabezpieczenia potrafią boleśnie ukłuć.
Twarde liście. Grube ściany komórkowe i duża zawartość włókien utrudniają rozdrabnianie pokarmu. Zwierzę musi dłużej żuć, a drobny owad może mieć problem z rozpoczęciem żerowania.
Krzemionka w tkankach. U części traw wzmacnia mechaniczną ochronę liścia. W badaniu z udziałem szarańczy wykazano, że ograniczała rozbijanie komórek podczas pobierania pokarmu. Ich zawartość stawała się przez to trudniej dostępna dla owada.
Gęste owłosienie. Włoski na powierzchni liścia utrudniają małym zwierzętom poruszanie się i dostęp do tkanek. Włoski gruczołowe mogą dodatkowo wydzielać lepkie substancje, które przeszkadzają owadom podczas żerowania.
Włoski parzące. Pokrzywa łączy barierę mechaniczną z chemiczną. Przy dotknięciu końcówka włoska odłamuje się, a powstałe ostrze umożliwia wprowadzenie drażniącej zawartości do skóry. Jeden kontakt może wystarczyć, żeby zniechęcić zwierzę do następnego kęsa...
Substancje toksyczne. Niektóre związki zaburzają działanie organizmu roślinożercy, ograniczając jego żerowanie lub powodując śmierć. Przykładem jest nikotyna w tytoniu. Jednak trucizna skuteczna wobec jednego gatunku nie musi równie silnie działać na inny.
Utrudnianie trawienia. Roślina nie zawsze musi zatruwać napastnika. Garbniki mogą zmniejszać dostępność składników pokarmowych, a inhibitory proteaz blokują enzymy rozkładające białka. Owad zjada liść, lecz gorzej wykorzystuje posiłek. Takie chemiczne mechanizmy obronne mogą ograniczać jego wzrost.
Sok mleczny. Po uszkodzeniu niektórych roślin wypływa lepka wydzielina, która utrudnia dalsze żerowanie. Może sklejać aparat gębowy drobnych owadów. Zawarte w niej związki bywają też toksyczne lub odstraszające.
Chemia aktywowana przy nadgryzieniu. U roślin kapustowatych uszkodzenie tkanek umożliwia kontakt glukozynolanów z rozkładającym je enzymem. Powstają wtedy związki, które mogą odstraszać roślinożerców. Nienaruszony liść przechowuje składniki tego zabezpieczenia oddzielnie.
Wzmocnienie obrony po ataku. Uszkodzenie liścia może uruchomić sygnały zwiększające produkcję substancji obronnych. Reakcja bywa widoczna również w nieuszkodzonych częściach rośliny. To odpowiedź fizjologiczna – nie wymaga świadomego rozpoznania napastnika.
Zapach przyciągający pomoc. Niektóre zaatakowane rośliny uwalniają lotne związki, dzięki którym wrogowie roślinożerców łatwiej odnajdują miejsce żerowania. Mogą one przyciągać np. błonkówki, których larwy rozwijają się w gąsienicach. Taka obrona pośrednia ogranicza straty dzięki udziałowi innego organizmu.
Pokarm dla mrówek. Nektar wydzielany poza kwiatami przyciąga mrówki, które podczas patrolowania pędów mogą atakować roślinożerne owady. Niektóre rośliny zapewniają im także schronienie.
Zmylenie motyla przed złożeniem jaj. U niektórych roślin jasne oznaczenia na liściach przypominają jaja motyli. Mogą zniechęcać samice do pozostawienia potomstwa na pozornie zajętej roślinie. Ten wizualny mechanizm ochronny ogranicza zagrożenie, zanim gąsienice zaczną jeść.
Czy roślina musi więc zabić napastnika? Nie. Często wystarcza utrudnienie żerowania, dzięki któremu zwierzę wybierze łatwiej dostępny pokarm, a uszkodzony liść zachowa większą część swojej powierzchni potrzebnej do fotosyntezy.
Dlaczego część zwierząt potrafi zjadać trujące rośliny?
Roślinna trucizna działa tylko wtedy, gdy organizm zwierzęcia jest na nią podatny. Niektóre gatunki rozkładają szkodliwe związki do mniej toksycznych produktów lub skutecznie je wydalają. Dzięki takim przystosowaniom mogą korzystać z pokarmu, który dla innych zwierząt pozostaje niebezpieczny, nawet gdy rośnie tuż obok łatwiej dostępnych liści.
Czasem zmienia się samo miejsce, w które uderza toksyna. Tak jest u monarcha, którego gąsienice żerują na trojeściach zawierających glikozydy nasercowe. Związki te blokują białko odpowiedzialne za transport jonów przez błony komórkowe. U monarcha ma ono jednak zmienioną budowę, przez co jest mniej wrażliwe na truciznę.
Na tym nie koniec... Monarch potrafi zatrzymywać część roślinnych toksyn we własnym ciele, wykorzystując je do ochrony przed drapieżnikami. Zabezpieczenie trojeści staje się więc także zabezpieczeniem owada. Nie oznacza to odporności na każdą truciznę – przystosowanie do jednego rodzaju związków nie zapewnia ochrony przed wszystkimi pozostałymi.
Obrona ma swoją cenę – ile kosztuje roślinę ochrona liści?
Wytwarzanie substancji obronnych wymaga energii i materiałów, które mogłyby zostać wykorzystane do wzrostu. Roślina ma ograniczone zasoby, więc większy nakład na ochronę może zmniejszać ilość składników dostępnych do tworzenia nowych liści lub wydawania nasion.
Jak duży jest ten koszt? Nie ma jednej wartości dla wszystkich gatunków. W doświadczeniu z dzikim tytoniem chemicznie pobudzono reakcje obronne roślin chronionych przed roślinożercami. Wydały one o 26% mniej żywotnych nasion niż grupa kontrolna. Obrona została uruchomiona, choć zagrożenia nie było...
To pomaga zrozumieć korzyści z obrony włączanej po ataku. Pozwala ograniczać niepotrzebny wydatek, ale wymaga czasu na reakcję. Najsilniejsza ochrona nie zawsze zapewnia roślinie największe korzyści.
Nadgryziony liść nie oznacza przegranej
Dziury w liściach mogą pojawiać się nawet u dobrze chronionych roślin. Część roślinożerców omija zabezpieczenia, a całkowite powstrzymanie żerowania wymagałoby zbyt dużych nakładów. Ważne jest to, czy mimo strat roślina zachowa możliwość wzrostu i rozmnażania. Dlatego skuteczności obrony nie należy oceniać wyłącznie po wyglądzie pojedynczego liścia, który został nadgryziony przez owada podczas żerowania na całej roślinie. Niewielkie uszkodzenie nie musi przesądzać o jej dalszym losie...
Obrona roślin – pytania i odpowiedzi
Jak rośliny bronią się przed roślinożercami?
Rośliny tworzą bariery utrudniające zjadanie tkanek i wytwarzają związki szkodliwe dla roślinożerców. Niektóre korzystają również z pomocy zwierząt atakujących ich napastników.
Czym różnią się ciernie od kolców?
Ciernie powstają z przekształconych organów rośliny, natomiast kolce są powierzchniowymi wyrostkami, które nie stanowią przekształconych organów.
Dlaczego pokrzywa parzy przy dotknięciu?
Końcówka włoska pokrzywy odłamuje się pod wpływem kontaktu, tworząc ostrze umożliwiające wprowadzenie drażniącej zawartości do skóry.
Czy rośliny mogą przyciągać wrogów roślinożerców?
Tak, niektóre po uszkodzeniu uwalniają lotne związki pomagające wrogom roślinożerców odnaleźć miejsce żerowania. Tak działa obrona pośrednia.
Jak mrówki pomagają roślinom chronić liście?
Mrówki przyciągnięte nektarem wydzielanym poza kwiatami mogą atakować roślinożerne owady napotkane podczas patrolowania pędów.
Dlaczego gąsienice monarcha mogą zjadać trującą trojeść?
Mają zmienioną budowę białka, na które działają toksyny trojeści, dlatego są mniej podatne na ich działanie. Część tych związków zatrzymują we własnym ciele.
Czy obrona przed roślinożercami ogranicza wzrost roślin?
Może go ograniczać, ponieważ zużywa zasoby potrzebne również do wzrostu lub rozmnażania. Wielkość tego kosztu zależy od gatunku i warunków.
Źródła:
- Drapieżni strażnicy roślin, https://www.ogrod.uw.edu.pl/baza-wiedzy/drapiezni-straznicy-roslin-2/
- Roślinne kły i pazury, https://www.ogrod.uw.edu.pl/baza-wiedzy/roslinne-kly-i-pazury/
- Ochrona przed roślinożercami, https://www.ogrod.uw.edu.pl/baza-wiedzy/ochrona-przed-roslinozercami-2/
- A novel mechanism by which silica defends grasses against herbivory, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18697757/
- Plant Defense Against Herbivores: Chemical Aspects, https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-arplant-042110-103854
- Genome editing retraces the evolution of toxin resistance in the monarch butterfly, https://www.nature.com/articles/s41586-019-1610-8
- Jasmonate-induced responses are costly but benefit plants under attack in native populations, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC20938/
Poznaj też inne zależności między roślinami a otaczającą je przyrodą:
Dodaj komentarz