Obrana proti bylinožravcom

Špecifická chemická obrana

Chemické látky v rastlinách sa vyvinuli tak, aby pôsobili na hmyz. Niektoré z týchto biochemických dráh existujú aj u stavovcov vrátane človeka. Mnohé liečivá pochádzajú z chemických látok, ktoré rastliny používajú na ochranu pred bylinožravcami. Príkladmi sú ópium, aspirín, kokaín a atropín.

Pyrolizidínové alkaloidy produkujú rastliny ako obranný mechanizmus proti bylinožravému hmyzu. Vo viac ako 6 000 rastlinách bolo identifikovaných viac ako 660 PA a N-oxidov PA. Približne polovica z nich vykazuje hepatotoxicitu, to znamená, že napádajú funkciu pečene.

Vývoj obranných vlastností

Prvé suchozemské rastliny sa vyvinuli z vodných rastlín približne pred 450 miliónmi rokov (mya) v období ordoviku. Tieto prvé suchozemské rastliny nemali cievne tkanivo a na rozmnožovanie potrebovali voľnú vodu. Cievnaté rastliny sa objavili neskôr a ich diverzifikácia sa začala v období devónu (približne 400 mya). Mali prispôsobenia, ako napríklad ochranné povlaky na zníženie odparovania z ich tkanív.

Rozmnožovanie a šírenie cievnatých rastlín v týchto suchých podmienkach sa dosiahlo evolúciou špecializovaných štruktúr semien. Diverzifikácia kvitnúcich rastlín (angiospermov) v období kriedy je spojená s náhlym výbuchom speciácie hmyzu. Táto diverzifikácia hmyzu predstavovala hlavnú selekčnú silu v evolúcii rastlín a viedla k selekcii rastlín, ktoré mali obranné adaptácie. Prvé hmyzie bylinožravce hrýzli alebo prežúvali vegetáciu, ale evolúcia cievnatých rastlín viedla k spoluvývoju ďalších foriem bylinožravosti, ako je sanie šťavy, dolovanie listov, tvorba hálok a nektárová potrava.

Záznamy o bylinožravcoch

Naše poznatky o bylinožravosti v geologickom období pochádzajú z troch zdrojov:

1. skamenené rastliny, ktoré môžu zachovávať dôkazy obrany (napríklad tŕne) alebo poškodenia spôsobené bylinožravcami;
2. pozorovanie rastlinných zvyškov vo fosílnom koprolite (zvierací trus) a
3. stavba ústnych častí bylinožravcov.

Dôkazy o bylinožravosti sa dlho považovali za druhohorný fenomén, ale našli sa takmer hneď, ako sa objavili fosílie, ktoré ju mohli preukázať. V priebehu necelých 20 miliónov rokov od prvých fosílií sporangia a stoniek na konci silúru, približne 420 mya, sa našli dôkazy o tom, že boli konzumované. Živočíchy sa živili spórami rastlín z raného devónu a rhyniansky chert tiež poskytuje dôkazy o tom, že organizmy sa živili rastlinami technikou "prepichnutia a vysatia". Mnohé rastliny z tohto obdobia sú zachované s výrastkami podobnými tŕňom, ktoré mohli mať obrannú úlohu.

Počas nasledujúcich 75 miliónov rokov sa u rastlín vyvinul celý rad zložitejších orgánov - od koreňov až po semená. Medzi vývojom každého orgánu a jeho výživou bola medzera 50 až 100 miliónov rokov. Na začiatku permu sa zaznamenalo dierové kŕmenie a skeletovanie, pričom na konci tohto obdobia sa vyvinulo kŕmenie povrchovými tekutinami.

Koevolúcia

Bylinožravce sú závislé od rastlín a vyvinuli si mechanizmy, ako túto potravu získať napriek evolúcii mnohých obranných mechanizmov rastlín. Prispôsobenia bylinožravcov na obranu rastlín sa prirovnávajú k útočným vlastnostiam. Sú to adaptácie, ktoré umožňujú zvýšený príjem potravy a využívanie hostiteľskej rastliny. Vzťahy medzi bylinožravcami a ich hostiteľskými rastlinami často vedú k vzájomným evolučným zmenám, ktoré sa nazývajú koevolúcia.

Keď bylinožravec žerie, konzumuje rastliny, ktoré nemajú dostatočnú obrannú reakciu. To vytvára príležitosť pre rastliny, ktoré sa môžu brániť. Tak sa rastliny s obrannými mechanizmami stávajú bežnejšími. V prípadoch, keď tento vzťah vykazuje špecifickosť (evolúcia každej vlastnosti je spôsobená druhou) a reciprocitu (obe vlastnosti sa vyvíjajú), sa predpokladá, že druhy sa vyvíjali spoločne.

Mechanizmus "úniku a radiácie" pre koevolúciu je myšlienka, že adaptácie bylinožravcov a ich hostiteľských rastlín boli hnacou silou vzniku druhov. Tieto adaptácie zohrali úlohu pri radiácii druhov hmyzu počas éry cievnatých rastlín. Niektoré bylinožravce si vyvinuli spôsoby, ako prebrať obranné mechanizmy rastlín vo svoj prospech, a to tak, že tieto chemické látky sekvestrujú (uchovávajú) a používajú ich na ochranu pred predátormi.

Časová os evolúcie rastlín a počiatky rôznych spôsobov herbivorie hmyzu


List Viburnum lesquereuxii s poškodením hmyzom; Dakota Sandstone (krieda) v Ellsworth County, Kansas. Mierka je 10 mm.


Húsenica tigríka obyčajného Danaus chrysippus, ktorá pred kŕmením vytvára priekopu, aby zablokovala obranné chemické látky Calotropis

Rastliny potrebujú aj zvieratá

Väčšina rastlín, ktoré tak intenzívne bránia svoje listy, však potrebuje zvieratá. Až 98 % kvitnúcich rastlín v tropických nížinných dažďových lesoch je závislých od živočíchov pri opeľovaní a šírení semien.