Obrana proti býložravcům
Obrana proti býložravcům popisuje obranné mechanismy rostlin, které jim pomáhají vyhnout se sežrání. Existuje mnoho adaptací, které zlepšují přežití a reprodukci rostlin tím, že snižují vliv býložravců.
Mnoho rostlin produkuje chemické látky, které mění chování, růst nebo přežití býložravců. Tyto chemické obranné látky mohou na býložravce působit jako repelenty nebo toxiny nebo mohou snižovat stravitelnost rostlin. Některé rostliny, známé jako hyperakumulátory, se specializují na ukládání těžkých kovů, které jsou pro živočichy toxické.
Některé rostliny podporují přítomnost přirozených nepřátel býložravců, kteří následně chrání rostlinu. Některé rostliny poskytují domov mravencům, kteří rostlinu důrazně brání.
Mezi další obranné strategie, které rostliny používají, patří únik před býložravci nebo vyhýbání se jim včas nebo na místě. Mohou růst na místech, kde je býložravci snadno nenajdou nebo se k nim nedostanou. Mohou růst v době, kdy býložravci nejsou nablízku. Býložravci se mohou nechat odlákat k nedůležitým částem nebo se rostlina může zotavit ze škod způsobených býložravci.
Každý typ obrany může být buď konstitutivní (v rostlině je vždy přítomen), nebo indukovaný (vzniká v reakci na poškození nebo stres způsobený býložravci). Rostliny mohou na poškození reagovat a také reagují.
Historicky byl nejvýznamnějším býložravcem hmyz, zejména jeho larvy. Evoluce suchozemských rostlin je úzce spjata s evolucí hmyzu. Zatímco většina obranných mechanismů rostlin je zaměřena proti hmyzu, vyvinuly se i další obranné mechanismy, které jsou zaměřeny proti obratlovcům - býložravcům, jako jsou ptáci a savci.
Studium obrany rostlin proti býložravcům je důležité nejen z evolučního hlediska, ale také proto, že tato obrana může být využita v zemědělství, včetně zdrojů potravy pro člověka a hospodářská zvířata.
Jedovatý břečťan produkuje urušiol, který chrání rostlinu před býložravci. U lidí tato chemická látka vyvolává alergickou kožní vyrážku.
Lišejníky produkují několik smrtelně nebezpečných chemických látek, zejména srdeční a steroidní glykosidy. Jejich konzumace může způsobit nevolnost, zvracení, halucinace, křeče nebo smrt.
Specifická chemická obrana
Rostlinné chemické látky se vyvinuly tak, aby působily na hmyz. Některé z těchto biochemických cest existují i u obratlovců, včetně člověka. Mnohá léčiva pocházejí z chemických látek, které rostliny používají k ochraně před býložravci. Příkladem je opium, aspirin, kokain a atropin.
Pyrrolizidinové alkaloidy produkují rostliny jako obranný mechanismus proti hmyzím býložravcům. Ve více než 6 000 rostlinách bylo identifikováno více než 660 PA a N-oxidů PA. Přibližně polovina z nich vykazuje hepatotoxicitu, tj. napadají funkci jater.
Evoluce obranných znaků
První suchozemské rostliny se vyvinuly z vodních rostlin přibližně před 450 miliony let (mya) v období ordoviku. Tyto první suchozemské rostliny neměly cévní tkáň a pro své rozmnožování potřebovaly volnou vodu. Cévnaté rostliny se objevily později a jejich diverzifikace začala v období devonu (asi 400 mya). Měly adaptace, jako jsou ochranné povlaky, které snižovaly odpařování z jejich tkání.
Rozmnožování a šíření cévnatých rostlin v těchto suchých podmínkách bylo dosaženo evolucí specializovaných struktur semen. Diverzifikace kvetoucích rostlin (nahosemenných) v období křídy je spojena s náhlým rozmachem speciace hmyzu. Tato diverzifikace hmyzu představovala hlavní selekční sílu v evoluci rostlin a vedla k selekci rostlin, které měly obranné adaptace. Raní hmyzí býložravci okusovali nebo přežvykovali vegetaci, ale evoluce cévnatých rostlin vedla ke koevoluci dalších forem herbivorie, jako je sání mízy, dolování listů, tvorba hálek a nektarodárnost.
Záznamy o býložravcích
Naše znalosti o býložravosti v geologickém období pocházejí ze tří zdrojů:
- zkamenělé rostliny, které mohou uchovávat stopy obrany (např. trny) nebo poškození způsobené býložravci;
- pozorování rostlinných zbytků ve zkamenělém koprolitu (zvířecí výkaly) a
- stavba ústních otvorů býložravců.
Důkazy o býložravosti, která byla dlouho považována za druhohorní jev, se objevují téměř stejně brzy jako fosilie, které by ji mohly prokázat. Během necelých 20 milionů let od prvních fosilií sporangií a stonků na sklonku siluru, kolem 420 mya, se objevily důkazy, že byly pojídány. Živočichové se živili výtrusy raně devonských rostlin a rhynijská čerň také poskytuje důkaz, že se organismy živily rostlinami technikou "propíchni a vysaj". Mnoho rostlin z této doby je zachováno s trnitými výrůstky, které mohly mít obrannou funkci.
Během následujících 75 milionů let se u rostlin vyvinula řada složitějších orgánů - od kořenů po semena. Mezi vývojem jednotlivých orgánů a jejich výživou byla mezera 50 až 100 milionů let. Na počátku permu je zaznamenána dírkovitá výživa a skeletonizace, na konci tohoto období se vyvinula výživa povrchovými tekutinami.
Koevoluce
Býložravci jsou závislí na rostlinách jako na potravě a vyvinuli si mechanismy, jak tuto potravu získávat navzdory vývoji mnoha obranných mechanismů rostlin. Přizpůsobení býložravců obraně rostlin bylo přirovnáno k útočným vlastnostem. Jedná se o adaptace, které umožňují zvýšený přísun potravy a využití hostitelské rostliny. Vztahy mezi býložravci a jejich hostitelskými rostlinami často vedou ke vzájemným evolučním změnám, tzv. koevoluci.
Když býložravec žere, žere rostliny, které nemají dostatečnou obrannou reakci. To vytváří příležitost pro rostliny, které se mohou bránit. Rostliny s obrannými mechanismy se tak stávají běžnějšími. V případech, kdy tento vztah vykazuje specifičnost (evoluce každého znaku je způsobena tím druhým) a reciprocitu (oba znaky se vyvíjejí), se předpokládá, že se druhy vyvinuly společně.
Mechanismus "úniku a radiace" pro koevoluci je myšlenka, že adaptace býložravců a jejich hostitelských rostlin byly hnací silou speciace. Tyto adaptace sehrály roli při radiaci hmyzích druhů během věku nahosemenných rostlin. Někteří býložravci si vyvinuli způsoby, jak se zmocnit obranných látek rostlin ve svůj prospěch, a to tak, že tyto chemické látky sekvestrují (uchovávají) a používají je k ochraně před predátory.
Housenka tygřice prosté Danaus chrysippus vytváří příkop, aby zablokovala obranné chemické látky Calotropis před krmením.
Časová osa vývoje rostlin a počátky různých způsobů herbivorie hmyzu
List Viburnum lesquereuxii s poškozením hmyzem; Dakota Sandstone (křída) v Ellsworth County, Kansas. Měřítko 10 mm.
Rostliny také potřebují živočichy
Většina rostlin, které tak urputně brání své listy, přesto potřebuje živočichy. Až 98 % kvetoucích rostlin v tropických nížinných deštných lesích je závislých na zvířatech při opylování a šíření semen.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to obrana proti býložravcům?
Odpověď: Obrana proti býložravcům je soubor adaptací, které rostliny používají ke snížení účinku požírání býložravci.
Otázka: Jak se rostliny brání proti býložravcům?
Odpověď: Rostliny mohou k obraně před býložravci využívat různé strategie, jako je produkce chemických látek, které působí jako repelenty nebo toxiny, ukládání těžkých kovů, které jsou pro živočichy toxické, podpora přítomnosti přirozených nepřátel býložravců, poskytování domovů mravencům, kteří rostlinu silně brání, a únik před býložravci nebo vyhýbání se jim v čase či místě.
Otázka: Jsou tyto obranné prvky v rostlině vždy přítomny?
Odpověď: Ne, tyto obranné mechanismy mohou být buď konstitutivní (vždy přítomné v rostlině), nebo indukované (vytvořené v reakci na poškození nebo stres způsobený býložravci).
Otázka: Jaký typ živočicha je obvykle spojen s obrannými mechanismy rostlin?
Odpověď: Z historického hlediska je pro obranu rostlin nejvýznamnější hmyz. Evoluce suchozemských rostlin je úzce spojena s evolucí hmyzu.
Otázka: Existují nějaké obranné mechanismy zaměřené na obratlovce - býložravce?
Odpověď: Ano, vyvinuly se některé obranné strategie zaměřené na obratlovce - býložravce, jako jsou ptáci a savci.
Otázka: Proč je studium obranných mechanismů rostlin důležité?
Odpověď: Studium obranných mechanismů rostlin proti býložravcům je důležité nejen z evolučního hlediska, ale také proto, že tyto obranné mechanismy lze využít v zemědělství jako zdroj potravy pro člověka a hospodářská zvířata.
