Apărarea împotriva erbivoriei

Apărări chimice specifice

Substanțele chimice din plante au evoluat pentru a afecta insectele. Unele dintre aceste căi biochimice există și la vertebrate, inclusiv la oameni. Multe produse farmaceutice sunt obținute din substanțele chimice pe care plantele le folosesc pentru a se proteja de erbivore. Exemple sunt opiul, aspirina, cocaina și atropina.

Alcaloizii de pirrolizidină sunt produși de plante ca mecanism de apărare împotriva insectelor erbivore. Peste 660 de PA și N-oxizi de PA au fost identificați în peste 6.000 de plante. Aproximativ jumătate dintre acestea prezintă hepatotoxicitate, adică atacă funcția hepatică.

Evoluția trăsăturilor defensive

Primele plante terestre au evoluat din plantele acvatice în urmă cu aproximativ 450 de milioane de ani (mia), în perioada Ordovicianului. Aceste plante terestre timpurii nu aveau țesut vascular și aveau nevoie de apă liberă pentru reproducere. Plantele vasculare au apărut mai târziu, iar diversificarea lor a început în epoca Devoniană (aproximativ 400 mia). Acestea aveau adaptări precum straturi protectoare pentru a reduce evaporarea țesuturilor lor.

Reproducerea și dispersia plantelor vasculare în aceste condiții de uscăciune au fost realizate prin evoluția structurilor specializate ale semințelor. Diversificarea plantelor cu flori (angiosperme) în timpul Cretacicului este asociată cu o explozie bruscă de speciație la insecte. Această diversificare a insectelor a reprezentat o forță selectivă majoră în evoluția plantelor și a dus la selectarea plantelor care aveau adaptări defensive. Primele insecte erbivore mușcau sau mestecau vegetația; dar evoluția plantelor vasculare a dus la coevoluția altor forme de erbivorie, cum ar fi suptul sevei, extragerea frunzelor, formarea de galere și hrănirea cu nectar.

Evidențe privind erbivorele

Înțelegerea noastră privind erbivoria în timpurile geologice provine din trei surse:

1. plantele fosilizate care pot păstra dovezi de apărare (cum ar fi spinii) sau daune cauzate de erbivori;
2. observarea resturilor vegetale în coproliții fosilizați (fecale de animale); și
3. construcția organelor bucale ale ierbivorelor.

Considerat mult timp ca fiind un fenomen mezozoic, dovezile de erbivorie sunt găsite aproape la fel de repede ca și fosilele care ar putea să o arate. La mai puțin de 20 de milioane de ani de la apariția primelor fosile de sporangii și de tulpini, spre sfârșitul Silurianului, în jurul a 420 de milioane de ani, există dovezi că acestea au fost mâncate. Animalele se hrăneau cu sporii plantelor din Devonianul timpuriu, iar Rhynie Chert oferă, de asemenea, dovezi că organismele se hrăneau cu plante folosind tehnica "străpunge și suge". Multe plante din această perioadă sunt conservate cu excrescențe asemănătoare spinării, care ar fi putut avea un rol defensiv.

În cele 75 de milioane de ani care au urmat, plantele au dezvoltat o serie de organe mai complexe - de la rădăcini la semințe. A existat un interval de 50 până la 100 de milioane de ani între evoluția fiecărui organ și momentul în care acesta era hrănit. Hrănirea prin găuri și scheletizarea sunt înregistrate la începutul Permianului, iar alimentarea cu fluide de suprafață a evoluat până la sfârșitul acestei perioade.

Co-evoluție

Ierbivorele depind de plante pentru hrană și au dezvoltat mecanisme pentru a obține această hrană în ciuda evoluției multor sisteme de apărare a plantelor. Adaptările erbivorelor la apărarea plantelor au fost comparate cu trăsături ofensive. Acestea sunt adaptări care permit o hrănire și o utilizare sporită a unei plante gazdă. Relațiile dintre erbivore și plantele-gazdă determină adesea schimbări evolutive reciproce, numite co-evoluție.

Atunci când un erbivor mănâncă, mănâncă plantele care nu au un răspuns defensiv suficient. Acest lucru creează o oportunitate pentru plantele care pot crea o apărare. Astfel, plantele cu sisteme de apărare devin mai frecvente. În cazurile în care această relație demonstrează specificitate (evoluția fiecărei trăsături se datorează celeilalte) și reciprocitate (ambele trăsături evoluează), se consideră că speciile au evoluat împreună.

Mecanismul de "evadare și radiație" pentru co-evoluție este ideea că adaptările la erbivore și la plantele gazdă au fost forța motrice din spatele speciilor. Adaptările au jucat un rol în radiația speciilor de insecte în timpul epocii angiospermelor. Unele erbivore au evoluat în moduri de a deturna apărarea plantelor în propriul beneficiu, sechestrând (păstrând) aceste substanțe chimice și folosindu-le pentru a se proteja de prădători.

Cronologia evoluției plantelor și începuturile diferitelor moduri de erbivore ale insectelor


Frunză de Viburnum lesquereuxii afectată de insecte; Dakota Sandstone (Cretaceous) din Ellsworth County, Kansas. Scara este de 10 mm.


O omidă de tigru Danaus chrysippus face un șanț pentru a bloca substanțele chimice de apărare ale Calotropis înainte de a se hrăni.

Plantele au nevoie și de animale

Cele mai multe dintre plantele care își apără frunzele cu atâta vigoare au totuși nevoie de animale. Până la 98% dintre plantele cu flori din pădurile tropicale de câmpie depind de animale pentru polenizare și dispersia semințelor.