Kasvinsyöjiltä suojautuminen
Kasvinsyöjiltä suojautuminen kuvaa kasvien puolustautumista syömisen välttämiseksi. Monet sopeutumistavat parantavat kasvien selviytymistä ja lisääntymistä vähentämällä kasvinsyöjien vaikutusta.
Monet kasvit tuottavat kemikaaleja, jotka muuttavat kasvinsyöjien käyttäytymistä, kasvua tai selviytymistä. Nämä kemialliset puolustusmekanismit voivat toimia kasvinsyöjille karkotteina tai myrkkyinä tai heikentää kasvin sulavuutta. Jotkin kasvit, jotka tunnetaan hyperakkumulaattoreina, ovat erikoistuneet varastoimaan eläimille myrkyllisiä raskasmetalleja.
Jotkin kasvit edistävät kasvinsyöjien luonnollisten vihollisten läsnäoloa, jotka puolestaan suojelevat kasvia. Jotkin kasvit tarjoavat kodin muurahaisille, jotka puolustavat kasvia voimakkaasti.
Muita kasvien käyttämiä puolustautumisstrategioita ovat kasvinsyöjien pakeneminen tai välttäminen ajoissa tai paikallaan. Ne voivat kasvaa siellä, missä kasvinsyöjät eivät löydä kasveja helposti tai pääse niihin käsiksi. Ne voivat kasvaa silloin, kun kasvinsyöjät eivät ole paikalla. Kasvinsyöjät voivat harhautua kohti muita kuin välttämättömiä osia, tai kasvi voi toipua kasvinsyöjien aiheuttamista vahingoista.
Kukin puolustustyyppi voi olla joko konstitutiivinen (kasvi on aina läsnä) tai indusoitu (sitä tuotetaan kasvinsyöjien aiheuttamien vaurioiden tai stressin seurauksena). Kasvit voivat reagoida ja reagoivatkin vaurioihin.
Historiallisesti hyönteiset ovat olleet merkittävimpiä kasvinsyöjiä, erityisesti hyönteisten toukat. Maakasvien evoluutio liittyy läheisesti hyönteisten evoluutioon. Vaikka suurin osa kasvien puolustautumiskeinoista on suunnattu hyönteisiä vastaan, on kehittynyt myös muita puolustautumiskeinoja, jotka on suunnattu selkärankaisia kasvinsyöjiä, kuten lintuja ja nisäkkäitä, vastaan.
Kasvien puolustuskyvyn tutkiminen kasvinsyöjiä vastaan on tärkeää paitsi evolutiivisesta näkökulmasta myös siksi, että näitä puolustuskykyjä voidaan hyödyntää maataloudessa, myös ihmisten ja karjan ravinnonlähteinä.
Poison Ivy tuottaa urushiolia suojellakseen kasvia kasvinsyöjiltä. Ihmisillä tämä kemikaali aiheuttaa allergisen ihottuman.
Ketunhansikkaat tuottavat useita tappavia kemikaaleja, nimittäin sydän- ja steroidiglykosideja. Sen syöminen voi aiheuttaa pahoinvointia, oksentelua, hallusinaatioita, kouristuksia tai kuoleman.
Erityiset kemialliset puolustuskeinot
Kasvien kemikaalit ovat kehittyneet vaikuttamaan hyönteisiin. Osa näistä biokemiallisista reiteistä on olemassa selkärankaisilla, myös ihmisillä. Monet lääkkeet ovat peräisin kemikaaleista, joilla kasvit suojautuvat kasvinsyöjiltä. Esimerkkejä ovat oopiumi, aspiriini, kokaiini ja atropiini.
Kasvit tuottavat pyrrolizidiinialkaloideja puolustusmekanismina hyönteisten kasvinsyöjiä vastaan. Yli 660 PA:ta ja PA:n N-oksidia on tunnistettu yli 6 000 kasvista. Noin puolet niistä on hepatotoksisia eli ne vaikuttavat maksan toimintaan.
Puolustusominaisuuksien evoluutio
Varhaisimmat maakasvit kehittyivät vesikasveista noin 450 miljoonaa vuotta sitten (mya) ordovikium-kaudella. Näillä varhaisilla maakasveilla ei ollut verisuonikudosta, ja ne tarvitsivat vapaata vettä lisääntyäkseen. Verisuonikasvit ilmestyivät myöhemmin, ja niiden monimuotoistuminen alkoi devonikaudella (noin 400 mya). Niillä oli sopeutumisia, kuten suojapinnoitteita, joilla vähennettiin niiden kudosten haihtumista.
Verisuonikasvien lisääntyminen ja leviäminen näissä kuivissa oloissa tapahtui erikoistuneiden siemenrakenteiden kehittymisen avulla. Kukkivien kasvien (angiospermien) monipuolistuminen liitukauden aikana liittyy hyönteisten äkilliseen lajipurkaukseen. Hyönteisten monimuotoistuminen oli merkittävä valikoiva voima kasvien evoluutiossa, ja se johti sellaisten kasvien valintaan, joilla oli puolustusmekanismeja. Varhaiset hyönteisten kasvinsyöjät purivat tai pureskelivat kasvillisuutta, mutta verisuonikasvien evoluutio johti muiden kasvinsyönnin muotojen, kuten mehun imemisen, lehtien louhimisen, sappien muodostamisen ja nektarin syönnin, yhteisevoluutioon.
Kasvinsyöjiä koskevat tiedot
Ymmärryksemme kasvinsyönnistä geologisessa ajassa on peräisin kolmesta lähteestä:
- fossiilisoituneet kasvit, joissa voi säilyä todisteita puolustautumisesta (kuten piikkejä) tai kasvinsyöjiin liittyvistä vaurioista;
- kasviroskien havaitseminen fossiilisessa koproliitissa (eläinten ulosteissa); ja
- kasvinsyöjien suulakkeiden rakentaminen.
Pitkään pidettiin mesotsooisena ilmiönä, mutta todisteita kasvinsyönnistä löytyy lähes yhtä pian kuin fossiileja, jotka voisivat osoittaa sen. Jo alle 20 miljoonan vuoden kuluessa ensimmäisistä fossiileista, jotka on löydetty siluurin loppupuolella, noin 420 mya:n aikaan, on todisteita siitä, että sporangioita ja varret on syöty. Eläimet söivät varhaisen devonikauden kasvien itiöitä, ja Rhynie-kivikivi antaa myös todisteita siitä, että eliöt söivät kasveja "lävistämällä ja imemällä" -tekniikalla. Monissa tämän ajan kasveissa on säilynyt selkärangan kaltaisia kasvustoja, joilla on saattanut olla puolustustehtävä.
Seuraavien 75 miljoonan vuoden aikana kasvit kehittivät erilaisia monimutkaisempia elimiä juurista siemeniin. Kunkin elimen kehittymisen ja sen ravinnoksi käyttämisen välillä oli 50-100 miljoonaa vuotta. Reikäravintoa ja luurangon muodostumista on havaittu permikauden alkupuolella, ja pintanesteen ravinnonsaanti kehittyi tuon ajanjakson loppuun mennessä.
Yhteiskehitys
Kasvinsyöjät ovat riippuvaisia kasveista saadakseen ravintoa, ja ne ovat kehittäneet mekanismeja saadakseen tätä ravintoa huolimatta siitä, että kasvit ovat kehittäneet monia puolustuskeinoja. Kasvinsyöjien sopeutumista kasvien puolustukseen on verrattu hyökkääviin ominaisuuksiin. Ne ovat sopeutumisia, jotka mahdollistavat isäntäkasvin lisääntyneen ravinnon ja käytön. Kasvinsyöjien ja niiden isäntäkasvien väliset suhteet johtavat usein vastavuoroiseen evoluutiomuutokseen, jota kutsutaan yhteisevoluutioksi.
Kun kasvinsyöjä syö, se syö kasveja, jotka eivät kykene riittävään puolustukseen. Tämä luo mahdollisuuden kasveille, jotka pystyvät puolustautumaan. Niinpä kasvit, joilla on puolustuskyky, yleistyvät. Tapauksissa, joissa tämä suhde osoittaa spesifisyyttä (kummankin ominaisuuden kehittyminen johtuu toisesta) ja vastavuoroisuutta (molemmat ominaisuudet kehittyvät), lajien katsotaan kehittyneen yhdessä.
Yhteisevoluution "pakenemis- ja säteilymekanismi" on ajatus siitä, että kasvinsyöjien ja niiden isäntäkasvien sopeutumiset ovat olleet liikkeellepanevana voimana lajien syntymisessä. Sopeutumisilla on ollut merkitystä hyönteislajien säteilyssä angiospermenttien aikakaudella. Jotkin kasvinsyöjät ovat kehittäneet tapoja kaapata kasvien puolustuskykyä omaksi hyödykseen sitomalla (säilyttämällä) näitä kemikaaleja ja käyttämällä niitä suojautuakseen saalistajilta.
Tavallinen tiikeritoukka Danaus chrysippus, joka tekee vallihaudan estääkseen Calotropiksen puolustuskemikaalit ennen ruokailua.
Kasvien evoluution aikajana ja hyönteisten kasvinsyönnin eri muotojen alkutaipale.
Viburnum lesquereuxii -lajin lehti, jossa on hyönteisvaurioita; Dakota-hiekkakivi (liitukausi) Ellsworthin piirikunnassa, Kansasissa. Mittakaavapalkki on 10 mm.
Kasvit tarvitsevat myös eläimiä
Useimmat kasvit, jotka puolustavat lehtensä niin voimakkaasti, tarvitsevat kuitenkin eläimiä. Jopa 98 prosenttia trooppisten alavien sademetsien kukkivista kasveista on riippuvaisia eläimistä pölytyksessä ja siementen levittämisessä.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on puolustautumista kasvinsyöjiä vastaan?
V: Kasvinsyöjiltä suojautuminen on joukko sopeutumisia, joita kasvit käyttävät vähentääkseen kasvinsyöjien syömäksi joutumisen vaikutuksia.
K: Miten kasvit puolustautuvat kasvinsyöjiä vastaan?
V: Kasvit voivat käyttää erilaisia strategioita puolustautuakseen kasvinsyöjiä vastaan, kuten tuottamalla karkotteina tai myrkkyinä toimivia kemikaaleja, varastoimalla eläimille myrkyllisiä raskasmetalleja, edistämällä kasvinsyöjien luonnollisten vihollisten läsnäoloa, tarjoamalla koteja muurahaisille, jotka puolustavat kasvia vahvasti, ja pakenemalla tai välttämällä kasvinsyöjiä ajallisesti tai paikallisesti.
Kysymys: Ovatko nämä puolustuskeinot aina läsnä kasvissa?
V: Ei, nämä puolustusmekanismit voivat olla joko konstitutiivisia (kasvissa aina läsnä) tai indusoituja (syntyvät reaktiona kasvinsyöjien aiheuttamiin vahinkoihin tai stressiin).
K: Minkälainen eläin liittyy tyypillisesti kasvien puolustuskykyyn?
V: Historiallisesti hyönteiset ovat olleet merkittävimpiä kasvien puolustuskyvyn kannalta. Maakasvien evoluutio liittyy läheisesti hyönteisten evoluutioon.
K: Onko olemassa selkärankaisiin kasvinsyöjiin kohdistuvia puolustuksia?
V: Kyllä, on kehittynyt joitakin selkärankaisiin kasvinsyöjiin, kuten lintuihin ja nisäkkäisiin, kohdistuvia puolustusstrategioita.
K: Miksi kasvien puolustuskyvyn tutkiminen on tärkeää?
V: Kasvien kasvinsyöjiltä suojautumisen tutkiminen on tärkeää paitsi evoluution kannalta myös siksi, että näitä suojautumiskeinoja voidaan käyttää maataloudessa ihmisten ja karjan ravinnonlähteinä.
