Nuo žolėdžių
Apsauga nuo žolėdžių apibūdina augalų gynybines priemones, padedančias išvengti suėdimo. Egzistuoja daugybė prisitaikymo būdų, kurie pagerina augalų išlikimą ir dauginimąsi, nes sumažina žolėdžių poveikį.
Daugelis augalų gamina chemines medžiagas, kurios keičia žolėdžių elgseną, augimą ar išgyvenimą. Šios cheminės apsaugos priemonės gali būti žolėdžių repelentai ar toksinai arba mažinti augalų virškinamumą. Kai kurie augalai, vadinamieji hiperakumuliatoriai, specializuojasi kaupdami sunkiuosius metalus, kurie yra toksiški gyvūnams.
Kai kurie augalai skatina natūralių žolėdžių priešų buvimą, kurie savo ruožtu apsaugo augalą. Kai kurie augalai suteikia namus skruzdėlėms, kurios stipriai gina augalą.
Kitos augalų naudojamos gynybinės strategijos - laiku ar vietoje išvengti žolėdžių arba pabėgti nuo jų. Jie gali augti ten, kur augalai yra sunkiai randami ar nesunkiai pasiekiami žolėdžių. Jie gali augti, kai žolėdžių nėra šalia. Žolėdžiai gali būti nukreipti į neesmines dalis arba augalas gali atsigauti po žolėdžių padarytos žalos.
Kiekviena gynybos rūšis gali būti konstitutyvi (visada esanti augale) arba indukuota (atsirandanti reaguojant į žolėdžių padarytą žalą ar stresą). Augalai gali reaguoti ir reaguoja į žalą.
Istoriškai vabzdžiai buvo svarbiausi žolėdžiai, ypač vabzdžių lervos. Sausumos augalų evoliucija glaudžiai susijusi su vabzdžių evoliucija. Nors dauguma augalų apsaugos priemonių yra nukreiptos prieš vabzdžius, išsivystė kitos apsaugos priemonės, skirtos stuburiniams žolėdžiams, pavyzdžiui, paukščiams ir žinduoliams.
Augalų apsaugos nuo žolėdžių tyrimai svarbūs ne tik evoliuciniu požiūriu, bet ir dėl to, kad šią apsaugą galima panaudoti žemės ūkyje, įskaitant žmonių ir gyvulių maisto šaltinius.
Lapsukiai gamina keletą mirtinai pavojingų cheminių medžiagų - širdies ir steroidinių glikozidų. Jų valgymas gali sukelti pykinimą, vėmimą, haliucinacijas, konvulsijas arba mirtį.
Nuodingoji gebenė gamina urašiolį, kad apsaugotų augalą nuo žolėdžių. Žmonėms ši cheminė medžiaga sukelia alerginį odos bėrimą.
Specifinės cheminės apsaugos priemonės
Augalų cheminės medžiagos evoliucionavo taip, kad veiktų vabzdžius. Kai kurie iš šių biocheminių kelių egzistuoja ir stuburiniuose gyvūnuose, įskaitant žmones. Daugelis vaistų gaunami iš cheminių medžiagų, kurias augalai naudoja apsisaugoti nuo žolėdžių. Pavyzdžiai: opiumas, aspirinas, kokainas ir atropinas.
Pirolizidino alkaloidai gaminami augaluose kaip gynybos nuo vabzdžių žolėdžių mechanizmas. Daugiau kaip 660 PA ir PA N-oksidų nustatyta daugiau kaip 6000 augalų. Maždaug pusė jų pasižymi hepatotoksiškumu, t. y. pažeidžia kepenų funkciją.
Gynybinių savybių evoliucija
Pirmieji sausumos augalai išsivystė iš vandens augalų maždaug prieš 450 milijonų metų (mia), ordoviko laikotarpiu. Šie ankstyvieji sausumos augalai neturėjo kraujagyslinio audinio ir jų dauginimuisi reikėjo laisvo vandens. Kraujagysliniai augalai atsirado vėliau, o jų įvairovė prasidėjo devono eroje (apie 400 mya). Jie turėjo prisitaikymų, pavyzdžiui, apsaugines dangas, mažinančias garavimą iš jų audinių.
Vasarinių augalų dauginimasis ir plitimas tokiomis sausomis sąlygomis vyko evoliucionuojant specializuotoms sėklų struktūroms. Žydinčių augalų (angispermų) diversifikacija kreidos laikotarpiu siejama su staigiu vabzdžių rūšinės įvairovės protrūkiu. Ši vabzdžių diversifikacija buvo pagrindinė selekcinė jėga augalų evoliucijoje ir lėmė augalų, turinčių gynybines adaptacijas, atranką. Ankstyvieji vabzdžiai žolėdžiai kąsdavo arba kramtydavo augaliją, tačiau kraujagyslių augalų evoliucija paskatino kitų žolėdžių formų, tokių kaip sulčių čiulpimas, lapų kasimas, tulžies formavimas ir maitinimasis nektaru, evoliuciją.
Įrašai apie žolėdžius
Apie žolėdžius geologiniu laikotarpiu sužinome iš trijų šaltinių:
- suakmenėję augalai, kuriuose gali būti išlikę gynybos (pvz., spygliai) arba žolėdžių padarytos žalos požymių;
- augalinių liekanų stebėjimas suakmenėjusiuose koprolituose (gyvūnų išmatose); ir
- žolėdžių burnos dalių konstrukciją.
Ilgą laiką manyta, kad tai mezozojaus laikų reiškinys, tačiau žolėdžių mitybos įrodymų randama beveik tuo pat metu, kaip ir fosilijų, galinčių tai parodyti. Per mažiau nei 20 mln. metų nuo pirmųjų sporangių ir stiebų fosilijų pasirodymo silūro pabaigoje, maždaug 420 m. pr. m. e., randama įrodymų, kad jie buvo valgomi. Gyvūnai maitinosi ankstyvojo devono augalų sporomis, o Rhynie kerta taip pat liudija, kad organizmai maitinosi augalais naudodami "pradurk ir čiulpk" metodą. Daugelis to meto augalų yra išlikę su spyglius primenančiomis ataugomis, kurios galėjo atlikti gynybinę funkciją.
Per kitus 75 milijonus metų augalai išvystė daugybę sudėtingesnių organų - nuo šaknų iki sėklų. Tarp kiekvieno organo išsivystymo ir maitinimosi juo buvo 50-100 milijonų metų tarpas. Kiauryminis maitinimasis ir skeleto formavimasis užfiksuotas permo pradžioje, o to laikotarpio pabaigoje išsivystė maitinimasis paviršiniais skysčiais.
Bendra evoliucija
Žolėdžių maistas priklauso nuo augalų ir, nepaisant to, kad išsivystė daugybė augalų apsaugos priemonių, jie išvystė mechanizmus, padedančius gauti šio maisto. Žolėdžių prisitaikymas prie augalų gynybos buvo prilygintas puolamosioms savybėms. Tai prisitaikymai, leidžiantys intensyviau maitintis ir naudoti augalą šeimininką. Žolėdžių ir augalų šeimininkų santykiai dažnai lemia abipusius evoliucinius pokyčius, vadinamus koevoliucija.
Kai žolėdžiai ėda, jie ėda augalus, kurie neturi pakankamo gynybinio atsako. Taip sudaroma galimybė augalams, galintiems apsiginti. Taigi augalai su gynybinėmis priemonėmis tampa labiau paplitę. Tais atvejais, kai šis ryšys rodo specifiškumą (kiekvieno požymio evoliuciją lemia kitas požymis) ir abipusiškumą (abu požymiai evoliucionuoja), manoma, kad rūšys evoliucionavo kartu.
"Pabėgimo ir spinduliavimo" koevoliucijos mechanizmas - tai idėja, kad žolėdžių ir jų augalų šeimininkų adaptacijos buvo varomoji rūšis lemianti jėga. Prisitaikymai suvaidino svarbų vaidmenį vabzdžių rūšių radiacijai nariuotakojų amžiuje. Kai kurie žolėdžiai išvystė būdus, kaip pasisavinti augalų apsaugos priemones savo naudai, sekvestruodami (saugodami) šias chemines medžiagas ir naudodami jas apsisaugoti nuo plėšrūnų.
Augalų evoliucijos laiko juosta ir skirtingų vabzdžių žolėdžių mitybos būdų pradžia
Viburnum lesquereuxii lapas su vabzdžių pažeidimais; Dakotos smiltainis (kreida), Ellsvorto apygarda, Kanzasas. Mastelis - 10 mm.
Paprastasis tigrinis vikšras Danaus chrysippus prieš maitinimąsi susikuria griovį, kad užblokuotų gynybines Calotropis chemines medžiagas
Augalams taip pat reikalingi gyvūnai
Daugumai augalų, kurie taip aktyviai gina savo lapus, vis dėlto reikalingi gyvūnai. Net 98 % žydinčių augalų atogrąžų žemumų atogrąžų miškuose yra priklausomi nuo gyvūnų apdulkinimo ir sėklų platinimo.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra gynyba nuo žolėdžių?
A: Apsauga nuo žolėdžių - tai visuma prisitaikymų, kuriuos augalai naudoja, kad sumažintų žolėdžių ėdimo poveikį.
K: Kaip augalai ginasi nuo žolėdžių?
A: Augalai gali naudoti įvairias strategijas, kad apsisaugotų nuo žolėdžių, pavyzdžiui, gaminti chemines medžiagas, kurios veikia kaip repelentai arba toksinai, kaupti gyvūnams toksiškus sunkiuosius metalus, skatinti natūralių žolėdžių priešų buvimą, suteikti namus skruzdėlėms, kurios stipriai gina augalą, ir laiku ar vietoje pabėgti nuo žolėdžių arba jų išvengti.
Klausimas: Ar šios apsaugos priemonės visada yra augale?
Atsakymas: Ne, šios gynybos priemonės gali būti konstitutyvios (visada esančios augale) arba indukuotos (atsirandančios reaguojant į žolėdžių padarytą žalą ar stresą).
K: Kokio tipo gyvūnai paprastai yra susiję su augalų gynybinėmis sistemomis?
A: Istoriškai vabzdžiai buvo svarbiausi, kai kalbama apie augalų apsaugą. Sausumos augalų evoliucija glaudžiai susijusi su vabzdžių evoliucija.
K: Ar yra kokių nors apsaugos priemonių, skirtų stuburiniams žolėdžiams?
A: Taip, išsivystė kai kurios gynybos strategijos, skirtos stuburiniams žolėdžiams, pavyzdžiui, paukščiams ir žinduoliams.
K.: Kodėl svarbu tirti augalų gynybinius mechanizmus?
A.: Augalų gynybos nuo žolėdžių priemonių tyrimai svarbūs ne tik evoliucijos požiūriu, bet ir todėl, kad šios gynybos priemonės gali būti panaudotos žemės ūkyje žmonių ir gyvulių maistui.
