Kaitse taimekahjurite vastu
Kaitse taimekahjurite vastu kirjeldab taimede kaitsevõimeid, et vältida söömist. On palju kohandusi, mis parandavad taimede ellujäämist ja paljunemist, vähendades taimekiskjate mõju.
Paljud taimed toodavad kemikaale, mis muudavad taimekiskjate käitumist, kasvu või ellujäämist. Need keemilised kaitsevahendid võivad toimida taimtoidulistele tõrjevahenditena või toksiinidena või vähendada taimede seeditavust. Mõned taimed, mida nimetatakse hüperakumulaatoriteks, on spetsialiseerunud loomade jaoks mürgiste raskemetallide säilitamisele.
Mõned taimed soodustavad looduslike vaenlaste olemasolu, kes omakorda kaitsevad taime. Mõned taimed pakuvad kodu sipelgatele, kes kaitsevad taime tugevalt.
Muud taimede poolt kasutatavad kaitsestrateegiad hõlmavad taimekiskjate õigeaegset või koha peal põgenemist või vältimist. Nad võivad kasvada seal, kus taimi ei ole taimtoidulised hõlpsasti leida või kätte saada. Nad võivad kasvada siis, kui taimtoidulised ei ole kohal. Herbivoorid võivad suunata tähelepanu mitteoluliste osade poole või taim võib taastuda herbivooride tekitatud kahjustustest.
Iga kaitsevõime tüüp võib olla kas konstitutiivne (taimes alati olemas) või indutseeritud (tekib taimekahjustuse või taimekahjurite põhjustatud stressi korral). Taimed võivad kahjustustele reageerida ja reageerivadki.
Ajalooliselt on putukad, eriti putukate vastsed, olnud kõige olulisemad taimesööjad. Maataimede evolutsioon on tihedalt seotud putukate evolutsiooniga. Kuigi enamik taimede kaitsemeetmeid on suunatud putukate vastu, on välja kujunenud ka teisi kaitsemeetmeid, mis on suunatud selgroogsete taimtoidulised, näiteks lindude ja imetajate vastu.
Taimede kaitsevõime uurimine taimekahjurite vastu on oluline mitte ainult evolutsioonilisest seisukohast, vaid ka seetõttu, et neid kaitsevõimeid saab kasutada põllumajanduses, sealhulgas inimeste ja kariloomade toiduallikatena.
Mürgine luuderohi toodab urushiooli, et kaitsta taime taimekahjurite eest. Inimestel tekitab see kemikaal allergilist nahalöövet.
Rukkilill toodab mitmeid surmavaid kemikaale, nimelt südame- ja steroidseid glükosiide. Selle söömine võib põhjustada iiveldust, oksendamist, hallutsinatsioone, krampe või surma.
Konkreetsed keemilised kaitsevahendid
Taimekemikaalid on arenenud nii, et need mõjutavad putukaid. Mõned neist biokeemilistest radadest on olemas ka selgroogsetel, sealhulgas inimestel. Paljud ravimid on saadud kemikaalidest, millega taimed kaitsevad end taimtoiduliste eest. Näited on oopium, aspiriin, kokaiin ja atropiin.
Pürrolitsidiinalkaloide toodavad taimed kaitsemehhanismina putukate taimekahjurite vastu. Rohkem kui 660 PA-d ja PA-N-oksiid on tuvastatud enam kui 6000 taimel. Umbes pooltel neist on hepatotoksilisus, st nad kahjustavad maksafunktsiooni.
Kaitseomaduste evolutsioon
Esimesed maismaataimed arenesid veetaimedest umbes 450 miljonit aastat tagasi (mya) ordoviitsiumi perioodil. Neil varajastel maismaataimedel puudusid veresooned ja nad vajasid paljunemiseks vaba vett. Vaskulaarsed taimed ilmusid hiljem ja nende mitmekesistumine algas devoni ajastul (umbes 400 mya). Neil olid sellised kohandused nagu kaitsekatted, mis vähendasid nende kudede aurustumist.
Vaskulaarsete taimede paljunemine ja levimine nendes kuivades tingimustes saavutati spetsialiseerunud seemnete evolutsiooni kaudu. Õistaimede (angiospermide) mitmekesistumine kriidiajastul on seotud putukate järsu liigirünnakuga. See putukate mitmekesistumine kujutas endast taimede evolutsioonis suurt selektiivset jõudu ja viis kaitsvate kohandustega taimede valiku. Varased putukate taimtoidulised putukad hammustasid või närisid taimestikku; kuid veresoonte evolutsioon viis teiste taimtoiduliste vormide, nagu mahlade imemine, lehtede kaevandamine, sapiteede moodustamine ja nektariga toitumine, kaasevolutsioonini.
Taimtoidulised loomad
Meie arusaam taimtoidust geoloogilises ajas pärineb kolmest allikast:
- kivistunud taimed, mis võivad säilitada tõendeid kaitsest (näiteks okastraadid) või taimekahjustustest;
- taimejäänuste vaatlemine kivistunud koproliitides (loomade väljaheites) ja
- taimtoiduliste suulaugude ehitus.
Pikka aega arvati, et see on mesosoikumi nähtus, kuid tõendeid taimtoidust leitakse peaaegu sama kiiresti kui fossiile, mis seda võiksid näidata. Vähem kui 20 miljoni aasta jooksul pärast esimesi fossiile sporangia ja varte Siluri lõpu poole, umbes 420 mya, on tõendeid selle kohta, et neid söödi. Loomad toitusid varase devoni taimede eoseid ja ka Rhynie kivipuru annab tunnistust sellest, et organismid toitusid taimedest, kasutades "läbistamise ja imemise" tehnikat. Paljudel selle aja taimedel on säilinud selgroogitaolised kasvud, millel võis olla kaitsev roll.
Järgnenud 75 miljoni aasta jooksul arenesid taimedel välja mitmesugused keerukamad organid - alates juurtest kuni seemneni. Iga organi arengu ja selle toitumise vahel oli 50-100 miljonit aastat. Aukudest toitumine ja skeletiseerumine on registreeritud varases permis ja selle perioodi lõpuks arenes välja pinnavedeliku toitumine.
Co-evolutsioon
Taimtoidujad sõltuvad taimede toidust ja on välja töötanud mehhanismid selle toidu saamiseks, vaatamata paljude taimede kaitsemeetmete arengule. Taimtoiduliste kohandusi taimede kaitseks on võrreldud ründeomadustega. Need on kohandused, mis võimaldavad suurendada toitumist ja peremeestaime kasutamist. Taimtoiduliste ja nende peremeestaimede vaheliste suhete tulemuseks on sageli vastastikune evolutsiooniline muutus, mida nimetatakse ko-evolutsiooniks.
Kui taimtoiduline sööb, siis sööb ta taimi, mis ei anna piisavat kaitsevõimet. See loob võimaluse taimedele, mis suudavad kaitset pakkuda. Seega muutuvad kaitsevõimelised taimed levinumaks. Juhul kui see suhe näitab spetsiifilisust (kummagi omaduse evolutsioon on tingitud teisest) ja vastastikkust (mõlemad omadused arenevad), arvatakse, et liigid on koos arenenud.
Koevolutsiooni "põgenemise ja kiirguse" mehhanism on idee, et taimtoidulised ja nende peremeestaimed on olnud liikide tekkimise liikumapanevaks jõuks. Kohandused on mänginud rolli putukaliikide kiirgamisel angiospermide ajastul. Mõned taimtoidulised on välja töötanud viisid, kuidas kasutada taimede kaitsevõimeid enda kasuks, sidudes (säilitades) neid kemikaale ja kasutades neid enda kaitsmiseks kiskjate eest.
Taimede evolutsiooni ajajoon ja erinevate putukate taimekahjurite tekkimise viiside algus
Viburnum lesquereuxii leht putukakahjustusega; Dakota liivakivi (kriidikivi) Ellsworthi maakonnas, Kansas. Mõõtkava on 10 mm.
Lihtne tiigertigu Danaus chrysippus, kes teeb enne toitumist vallikraavi, et blokeerida Calotropise kaitsekemikaale.
Taimed vajavad ka loomi
Enamik taimi, mis kaitsevad oma lehti nii jõuliselt, vajavad siiski loomi. Kuni 98% troopiliste madalate alade vihmametsade õitsvatest taimedest sõltub tolmeldamisel ja seemnete levitamisel loomadest.
Küsimused ja vastused
K: Mis on kaitse rohujuure vastu?
V: Kaitse taimekahjurite vastu on kogum kohandusi, mida taimed kasutavad selleks, et vähendada taimekahjurite poolt söömise mõju.
K: Kuidas kaitsevad taimed end taimtoiduliste eest?
V: Taimed võivad kasutada mitmesuguseid strateegiaid, et kaitsta end taimekiskjate eest, näiteks toota kemikaale, mis toimivad tõrjevahenditena või toksiinidena, ladustada raskemetalle, mis on loomade jaoks mürgised, soodustada taimekiskjate looduslike vaenlaste olemasolu, pakkuda sipelgatele, kes kaitsevad taime tugevalt, ning põgeneda või vältida taimekiskjaid ajaliselt või ruumiliselt.
K: Kas need kaitsevahendid on taimes alati olemas?
V: Ei, need kaitsevõimed võivad olla kas konstitutiivsed (taimes alati olemas) või indutseeritud (tekivad reaktsioonina taimekiskjate põhjustatud kahjustustele või stressile).
K: Millist tüüpi loomad on tavaliselt seotud taimede kaitsevõimega?
V: Ajalooliselt on taimekaitse puhul kõige olulisemad olnud putukad. Maataimede evolutsioon on tihedalt seotud putukate evolutsiooniga.
K: Kas on olemas ka selgroogsete taimtoiduloomade vastu suunatud kaitsevahendeid?
V: Jah, on välja kujunenud mõned kaitsestrateegiad, mis on suunatud selgroogsete taimtoiduliste, näiteks lindude ja imetajate vastu.
K: Miks on taimede kaitsevõime uurimine oluline?
V: Taimede kaitsevõime uurimine taimekiskjate vastu on oluline mitte ainult evolutsioonilisest seisukohast, vaid ka seetõttu, et neid kaitsevõimeid saab kasutada põllumajanduses inimeste ja kariloomade toiduallikatena.
