Новое исследование Копенгагенского университета впервые доказывает, как растения защищаются от травоядных. Пряные ароматы, которые мы знаем из гастрономов и суши-баров, являются частью объяснения.
Укоренившись корнями в почве, растения служат неподвижным буфетом для личинок насекомых и других травоядных. Но после миллионов лет эволюции растения усовершенствовали способ отпугивания хищных травоядных и обеспечения выживания их следующего поколения.
В научных кругах точные механизмы защиты растений остаются загадкой. Среди множества наблюдений, сделанных исследователями, в 1974 году была выдвинута «теория оптимальной защиты» о том, как растения защищаются от травоядных. Однако научных доказательств, подтверждающих эту теорию, не было.
Теперь исследователи из факультета наук о растениях и окружающей среде Копенгагенского университета опубликовали исследование в научном журнале PNAS, впервые доказав, как растения защищают себя.
«В исследовании мы доказываем, что старые листья растения самоотверженно жертвуют собой, перенаправляя свою защиту на более молодые листья с единственной целью — отпугнуть личинок и других травоядных и вместо этого и отогнать их на старые листья. Тем самым растение обеспечивает выживание своего следующего поколения», — объясняет профессор Барбара Энн Халкиер, руководившая исследованием.
Защитная химия растения включает в себя те же самые вещества, которые заставляют васаби и горчицу вызывать жжение во рту. Но вместо того, чтобы служить кулинарной приправой, эти острые на вкус растительные вещества в первую очередь служат для отпугивания ненасытных травоядных.
Глюкозинолаты, как известны эти вещества, встречаются в природе в листьях растений. Только тогда, когда травоядные начинают есть лист, а растительная ткань измельчается, фермент мирозиназа вступает в контакт с глюкозинолатами, которые расщепляются, высвобождая свои сильные и слегка токсичные химические сдерживающие факторы. Растения могут самостоятельно регулировать количество этих защитных веществ в каждом листе, что особенно очевидно, когда образуются новые семена.
«Когда растение зацветает, все вращается вокруг следующего поколения. В этот момент более важно защитить молодые листья, которые дают будущие семена, чем защитить старые. Таким образом, концентрация глюкозинолатов в более молодых листьях увеличивается, что мы впервые научно доказали», — объясняет профессор Александр Шульц.
Изменив генетические характеристики, исследователи создали мутантное растение кресс-салата (Arabidopsis thaliana), которое было перепрограммировано таким образом, чтобы его химическая защита распределялась равномерно между старыми и молодыми листьями, в отличие от направления больших доз на молодые листья.
Когда личинки были выпущены, исследователям было ясно видно, что они без разбора поедают молодые и старые листья, в то время как на обычном растении личинки просто пасутся на острые молодые листья, не поедая их.
Прежде всего, по словам исследователей, результаты исследования дают убедительные доказательства того, как растения оптимизируют свою защиту и защищают следующее поколение. Однако результат также дает новые знания, которые можно использовать для более осторожной борьбы с сельскохозяйственными вредителями, такими как Египетская хлопковая совка (Spodoptera littoralis). Личинки этой моли являются одними из самых разрушительных для сельскохозяйственных культур.
«Новые знания можно использовать в других исследованиях, где пытаются усилить собственную защиту растений от вредителей, чтобы ограничить использование сельскохозяйственных пестицидов», — заключает Барбара Энн Халкиер.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Источник: Phys.org
