Защита от травоядных

Защита от травоядных описывает защиту растений, чтобы избежать употребления в пищу. Существует множество приспособлений, которые улучшают выживание и размножение растений, уменьшая влияние травоядных.

Многие растения производят химические вещества, которые изменяют поведение, рост или выживание травоядных. Эти химические средства защиты могут действовать в качестве репеллентов или токсинов для травоядных или снижать усвояемость растений. Некоторые растения, известные как гипераккумуляторы, специализируются на хранении тяжелых металлов, токсичных для животных.

Некоторые растения поощряют наличие естественных врагов травоядных, которые, в свою очередь, защищают растение. Некоторые растения являются домом для муравьев, которые сильно защищают растение.

Другие оборонительные стратегии, используемые растениями, включают побег или избегание травоядных во времени или на месте. Они могут произрастать там, где растения нелегко найти или достать для травоядных. Они могут расти, когда травоядных нет рядом. Травоядные могут отвлекаться в сторону несущественных частей, или растение может восстановиться после повреждений, нанесенных травоядным.

Каждый тип защиты может быть как конститутивным (всегда присутствующим в растении), так и индуцированным (произведенным в ответ на повреждения или стресс, вызванные травоядными). Растения могут реагировать и реагируют на повреждения.

Исторически наиболее значимыми травоядными были насекомые, особенно личинки насекомых. Эволюция наземных растений тесно связана с эволюцией насекомых. В то время как большинство растительных дефектов направлено против насекомых, развивались и другие дефекты, направленные на травоядных позвоночных, таких как птицы и млекопитающие.

Изучение защиты растений от травоядных важно не только с точки зрения эволюции, но и потому, что эти защитные устройства могут быть использованы в сельском хозяйстве, в том числе в качестве источников пищи для человека и домашнего скота.

Ядовитый плющ вырабатывает урушиол для защиты растения от травоядных. У человека это химическое вещество вызывает аллергическую кожную сыпь.

В перчатках лисички вырабатывается несколько смертоносных химических веществ, а именно сердечные и стероидные гликозиды. Поедание его может вызвать тошноту, рвоту, галлюцинации, конвульсии или смерть.

Удельные химические защитные свойства

Химикаты растений эволюционировали, чтобы воздействовать на насекомых. Некоторые из этих биохимических путей существуют у позвоночных животных, включая человека. Многие фармацевтические препараты получают из химических веществ, которые растения используют для защиты от травоядных. Примерами являются опиум, аспирин, кокаин и атропин.

Алкалоиды пирролизидина вырабатываются растениями как защитный механизм против травоядных насекомых. Более 6000 растений выявили более 660 окислов PA и N-оксидов PA. Около половины из них проявляют гепатотоксичность, то есть атакуют функцию печени.

Эволюция оборонительных черт

Самые ранние наземные растения появились из водных растений около 450 миллионов лет назад (mya) в ордовикский период. Эти ранние наземные растения не имели сосудистой ткани и нуждались в свободной воде для своего размножения. Сосудистые растения появились позже и их диверсификация началась в девонскую эпоху (около 400 mya). У них были приспособления, такие как защитные покрытия для уменьшения испарения из их тканей.

Размножение и рассеивание сосудистых растений в этих сухих условиях было достигнуто за счет эволюции специализированных структур семян. Диверсификация цветковых растений (ангиосперм) в меловой период связана с внезапным всплеском видообразования у насекомых. Эта диверсификация насекомых представляла собой основную селективную силу в эволюции растений и привела к селекции растений, которые имели защитные приспособления. Ранние травоядные насекомые кусали или пережёвывали растительность, но эволюция сосудистых растений приводила к ко-эволюции других форм травоядного, таких как сокоотделение, добыча листьев, галлообразование и нектарокормление.

Рекорды травоядных

Наше понимание травоядного в геологическое время происходит из трех источников:

окаменелые растения, которые могут сохранять свидетельства защиты (например, позвоночник) или повреждения, связанные с травоядным заболеванием;
наблюдение за растительным мусором в окаменелых копролитах (фекалиях животных); и
строительство травоядных мундштуков.

Долгое время считалось мезозойским явлением, доказательства травоядия находят почти сразу же, как только окаменелости, которые могут его показать. В течение менее 20 миллионов лет с момента появления первых окаменелостей спарангии и стеблей к концу Силурия, около 420 mya, есть свидетельства того, что они были съедены. Животные питались спорами раннедевонских растений, а Rhynie chert также свидетельствует о том, что организмы питались растениями, используя технику "прокола и сосания". Многие растения этого времени сохранились с корешковидными выростами, которые, возможно, играли оборонительную роль.

В течение последующих 75 миллионов лет растения развивали ряд более сложных органов - от корней до семян. Между эволюцией каждого органа и его питанием существует разрыв в 50-100 миллионов лет. Питание дырками и скелетонизация зафиксированы на раннем пермском языке, а поверхностное жидкое питание развивается к концу этого периода.

Коэволюция

Травоядные зависят от растений для питания, и разработали механизмы получения этой пищи, несмотря на эволюцию многих растительных защитных устройств. Приспособления травоядных к защите растений были уподоблены наступательным признакам. Они являются приспособлениями, которые позволяют увеличить кормление и использование растения-хозяина. Взаимоотношения между травоядными и растениями-хозяевами часто приводят к взаимным эволюционным изменениям, называемым коэволюцией.

Когда травоядный ест, он ест растения, которые не имеют достаточной оборонительной реакции. Это создает возможность для растений, которые могут установить оборону. Таким образом, растения с защитой становятся все более распространенными. В случаях, когда эта взаимосвязь демонстрирует специфичность (эволюция каждого признака обусловлена другим) и взаимность (оба признака эволюционируют), считается, что данный вид является со-эволюционным.

Механизм "спасения и облучения" для коэволюции - это идея о том, что адаптация у травоядных и растений-хозяев была движущей силой видоизменения. Адаптации играли роль в облучении видов насекомых в период ангиосферм. У некоторых травоядных появились способы захвата защиты растений в своих интересах, путем секвестрации (хранения) этих химикатов и их использования для защиты от хищников.

Простая тигровая гусеница Danaus chrysippus делает ров, чтобы заблокировать оборонительные химикаты Калотрописа перед кормлением.

Сроки эволюции растений и начала различных режимов травоядного насекомого

Лист Viburnum lesquereuxii с повреждениями от насекомых; Песчаник Дакота (меловой) округа Эллсворт, Канзас. Масштабная линейка 10 мм.

Растениям также нужны животные

Большинство растений, которые так энергично защищают свои листья, тем не менее, нуждаются в животных. До 98% цветущих растений в тропических низинных дождевых лесах полагаются на животных для опыления и рассеивания семян.

Вопросы и ответы

В: Что такое защита от травоядности?

О: Защита от травоядности - это набор приспособлений, используемых растениями для уменьшения последствий поедания травоядными.

В: Как растения защищаются от травоядных?

О: Растения могут использовать различные стратегии для защиты от травоядных, такие как производство химических веществ, которые действуют как репелленты или токсины, хранение тяжелых металлов, которые токсичны для животных, поощрение присутствия естественных врагов травоядных, обеспечение жилищ для муравьев, которые сильно защищают растение, а также бегство или избегание травоядных во времени или месте.

В: Всегда ли эти защитные механизмы присутствуют в растении?

О: Нет, эти защитные механизмы могут быть либо конститутивными (всегда присутствуют в растении), либо индуцированными (вырабатываются в ответ на повреждение или стресс, вызванный травоядными).

В: Какой вид животных обычно ассоциируется с защитными механизмами растений?

О: Исторически сложилось так, что насекомые играют наиболее важную роль в защите растений. Эволюция наземных растений тесно связана с эволюцией насекомых.

В: Существуют ли защитные стратегии, направленные на позвоночных травоядных?

О: Да, эволюционировали некоторые защитные стратегии, направленные на позвоночных травоядных, таких как птицы и млекопитающие.

В: Почему изучение защитных сил растений важно?

О: Изучение защиты растений от травоядных важно не только с эволюционной точки зрения, но и потому, что эти защитные стратегии могут быть использованы в сельском хозяйстве в качестве источников пищи для людей и скота.