Aizsardzība pret zālēdājiem
Aizsardzība pret zālēdājiem apraksta augu aizsardzības pasākumus, lai izvairītos no apēšanas. Pastāv daudzas adaptācijas, kas uzlabo augu izdzīvošanu un vairošanos, samazinot zālēdāju ietekmi.
Daudzi augi ražo ķīmiskās vielas, kas maina zālēdāju uzvedību, augšanu vai izdzīvošanu. Šīs ķīmiskās aizsargvielas var darboties kā repelenti vai toksīni zālēdājiem vai samazināt augu sagremojamību. Daži augi, ko dēvē par hiperakumulatoriem, specializējas uzkrāt smagos metālus, kas ir toksiski dzīvniekiem.
Daži augi veicina zālēdāju dabisko ienaidnieku klātbūtni, kas savukārt aizsargā augu. Daži augi ir mājvieta skudrām, kas spēcīgi aizsargā augu.
Citas augu izmantotās aizsardzības stratēģijas ir izvairīšanās no zālēdājiem vai izvairīšanās no tiem laikā vai vietā. Tie var augt vietās, kur augus nav viegli atrast vai sasniegt zālēdājiem. Tie var augt tad, kad augēdāji nav tuvumā. Auguēdāji var novērsties no augiem uz tām daļām, kas nav būtiskas, vai arī augs var spēt atgūties no auguēdāju nodarītā kaitējuma.
Katrs aizsardzības veids var būt vai nu konstitūts (augā ir vienmēr), vai arī inducēts (rodas, reaģējot uz augēdāju izraisītiem bojājumiem vai stresu). Augi var reaģēt un reaģē uz bojājumiem.
Vēsturiski kukaiņi ir bijuši nozīmīgākie zālēdāji, īpaši kukaiņu kāpuri. Sauszemes augu evolūcija ir cieši saistīta ar kukaiņu evolūciju. Lai gan lielākā daļa augu aizsardzības līdzekļu ir vērsti pret kukaiņiem, ir attīstījušies arī citi aizsardzības līdzekļi, kas vērsti pret mugurkaulniekiem - zālēdājiem, piemēram, putniem un zīdītājiem.
Pētījumi par augu aizsardzību pret zālēdājiem ir svarīgi ne tikai no evolūcijas viedokļa, bet arī tāpēc, ka šo aizsardzību var izmantot lauksaimniecībā, tostarp cilvēku un mājlopu barībā.
Indes efeja ražo urusiolu, lai aizsargātu augu no zālēdājiem. Cilvēkiem šī ķīmiskā viela izraisa alerģiskus ādas izsitumus.
Līksngrauzis ražo vairākas nāvējošas ķīmiskas vielas, proti, sirds un steroīdiskos glikozīdus. Ēšana var izraisīt sliktu dūšu, vemšanu, halucinācijas, krampjus vai nāvi.
Īpaša ķīmiskā aizsardzība
Augu ķīmiskās vielas ir attīstījušās, lai iedarbotos uz kukaiņiem. Daži no šiem bioķīmiskajiem ceļiem pastāv arī mugurkaulniekiem, tostarp cilvēkiem. Daudzi farmaceitiskie līdzekļi ir iegūti no ķīmiskajām vielām, ko augi izmanto, lai pasargātu sevi no zālēdājiem. Piemēram, opijs, aspirīns, kokaīns un atropīns.
Pirrolizidīna alkaloīdi tiek ražoti augos kā aizsardzības mehānisms pret auguēdājiem kukaiņiem. Vairāk nekā 660 PA un PA N-oksīdi ir identificēti vairāk nekā 6000 augu. Aptuveni pusei no tiem piemīt hepatotoksicitāte, t. i., tie ietekmē aknu darbību.
Aizsargājošo pazīmju evolūcija
Pirmie sauszemes augi attīstījās no ūdensaugiem aptuveni pirms 450 miljoniem gadu (mya) ordovika periodā. Šiem agrīnajiem sauszemes augiem nebija vaskulāro audu, un to vairošanās procesam bija nepieciešams brīvs ūdens. Vaskulārie augi parādījās vēlāk, un to diversifikācija sākās devona periodā (aptuveni 400 mya). Tiem bija pielāgojumi, piemēram, aizsargpārklājums, lai samazinātu iztvaikošanu no audiem.
Asinsvadu augu pavairošanās un izplatīšanās šajos sausajos apstākļos tika panākta, attīstoties specializētām sēklu struktūrām. Ziedošo augu (angiospermu) diversifikācija krīta periodā ir saistīta ar pēkšņu kukaiņu sugu skaita palielināšanos. Šī kukaiņu diversifikācija bija nozīmīgs selektīvais spēks augu evolūcijā, un tās rezultātā tika atlasīti augi, kuriem bija aizsargājošas adaptācijas. Agrīnie kukaiņu zālēdāji apgrauza vai košļā veģetāciju, bet vaskulāro augu evolūcija veicināja citu zālēdāju formu, piemēram, sulu sūcēju, lapu ravēšanu, žults veidošanos un nektāra barošanos, līdzattīstību.
Ziņojumi par zālēdājiem
Mūsu izpratne par zālēdājiem ģeoloģiskajā laikā ir iegūta no trim avotiem:
- fosilizēti augi, kas var saglabāt liecības par aizsardzību (piemēram, muguriņas) vai ar zālēdājiem saistītiem bojājumiem;
- augu atlieku novērošana fosilizētajā koprolītā (dzīvnieku ekskrementos); un
- zālēdāju mutes daļu uzbūve.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka tas ir mezozoja fenomens, taču pierādījumi par zālēdāju klātbūtni tiek atrasti gandrīz tikpat drīz, cik fosilijas, kas to varētu apliecināt. Mazāk nekā 20 miljonu gadu laikā pēc pirmajām sporangiju un stublāju fosilijām silūra beigās, aptuveni 420 mJa, ir pierādījumi, ka tās tika apēstas. Dzīvnieki barojās ar agrīnā devona perioda augu sporām, un arī Rhinijas kera skārds sniedz pierādījumus, ka organismi barojās ar augiem, izmantojot "caurdurt un sūkāt" paņēmienu. Daudzi šī laika augi ir saglabājušies ar mugurkauliem līdzīgiem izaugumiem, kuriem, iespējams, bija aizsargājoša nozīme.
Turpmāko 75 miljonu gadu laikā augi attīstīja virkni sarežģītāku orgānu - no saknēm līdz sēklām. Starp katra orgāna attīstību un to barošanos bija 50 līdz 100 miljonu gadu pārtraukums. Caurumu barošanās un skeletonizācija ir reģistrēta perma sākumā, bet tā perioda beigās attīstījās virszemes šķidrumu barošanās.
Koevolūcija
Zālēdāji ir atkarīgi no augiem, lai iegūtu barību, un ir izstrādājuši mehānismus, kā šo barību iegūt, neraugoties uz to, ka ir attīstījušies daudzi augu aizsardzības mehānismi. Zālēdāju pielāgošanās augu aizsardzībai tiek pielīdzināta uzbrukuma pazīmēm. Tie ir pielāgojumi, kas ļauj pastiprināti baroties un izmantot saimniekaugu. Attiecības starp zālēdājiem un to saimniekaugiem bieži vien izraisa savstarpējas evolūcijas pārmaiņas, ko sauc par koevolūciju.
Kad zālēdājs ēd, tas apēd augus, kas nespēj pietiekami aizsargāties. Tas rada iespēju augiem, kas spēj aizsargāties. Tādējādi augi ar aizsargspējām kļūst arvien izplatītāki. Gadījumos, kad šī saistība liecina par specifiskumu (katra pazīme attīstās otra dēļ) un savstarpīgumu (attīstās abas pazīmes), tiek uzskatīts, ka sugas ir attīstījušās kopīgi.
Koevolūcijas "bēgšanas un starojuma" mehānisms ir ideja, ka zālēdāju un to saimniekaugu adaptācijas ir bijušas sugu specializācijas dzinējspēks. Pielāgojumiem ir bijusi nozīme kukaiņu sugu izstarošanā angiospermu laikmetā. Daži zālēdāji ir izstrādājuši veidus, kā pārtvert augu aizsargspējas savā labā, sekvestrējot (saglabājot) šīs ķīmiskās vielas un izmantojot tās, lai pasargātu sevi no plēsējiem.
Augu evolūcijas laika līnija un dažādu kukaiņu zālēdāju darbības veidu aizsākumi
Viburnum lesquereuxii lapa ar kukaiņu bojājumiem; Dakotas smilšakmens (krīta) Ellsvorta apgabalā, Kanzasā. Mēroga josla ir 10 mm.
Vienkāršā tīģera kāpura Danaus chrysippus kāpurs, kas pirms barošanās izveido grāvi, lai bloķētu Calotropis aizsargķimikālijas.
Augiem ir vajadzīgi arī dzīvnieki
Lielākajai daļai augu, kas tik enerģiski aizstāv savas lapas, tomēr ir vajadzīgi dzīvnieki. Līdz pat 98 % ziedošo augu tropu zemieņu lietus mežos ir atkarīgi no dzīvniekiem apputeksnēšanā un sēklu izplatīšanā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir aizsardzība pret zālēdājiem?
A: Aizsardzība pret zālēdājiem ir pielāgojumu kopums, ko augi izmanto, lai samazinātu ietekmi, ko rada zālēdāju apēšana.
J: Kā augi aizsargājas no zālēdājiem?
A: Augi var izmantot dažādas stratēģijas, lai aizsargātos no zālēdājiem, piemēram, ražot ķīmiskas vielas, kas darbojas kā repelenti vai toksīni, uzglabāt smagos metālus, kas ir toksiski dzīvniekiem, veicināt zālēdāju dabisko ienaidnieku klātbūtni, nodrošināt mājvietu skudrām, kas stingri aizsargā augu, un izvairīties no zālēdājiem vai izvairīties no tiem laikā vai vietā.
Vai šie aizsardzības līdzekļi vienmēr ir augu sastāvā?
A: Nē, šīs aizsargspējas var būt vai nu konstitīvas (vienmēr esošas augā), vai arī inducētas (veidojas kā reakcija uz herbīva radīto kaitējumu vai stresu).
J: Kāda veida dzīvnieki parasti ir saistīti ar augu aizsardzības līdzekļiem?
A: Vēsturiski vislielākā nozīme augu aizsardzībā ir bijusi kukaiņiem. Sauszemes augu evolūcija ir cieši saistīta ar kukaiņu evolūciju.
J: Vai ir aizsardzības līdzekļi, kas paredzēti mugurkaulniekiem zālēdājiem?
A: Jā, ir attīstījušās dažas aizsardzības stratēģijas, kas vērstas pret mugurkaulniekiem zālēdājiem, piemēram, putniem un zīdītājiem.
J: Kāpēc ir svarīgi pētīt augu aizsargspējas?
A: Augu aizsardzības sistēmu pret zālēdājiem pētīšana ir svarīga ne tikai no evolūcijas viedokļa, bet arī tāpēc, ka šīs aizsardzības sistēmas var izmantot lauksaimniecībā, lai nodrošinātu cilvēku un mājlopu barības avotus.
