Biljke pamte napade

Biljke mogu izgledati pasivno kada se insekti počnu hraniti njima, ali njihove obrambene strategije mogu biti iznenađujuće sofisticirane. Neke proizvode toksine, druge stvaraju fizičke barijere, a mnoge ispuštaju kemikalije u zraku koje privlače predatore insekata koji ih napadaju.

Novo istraživanje sugerira da biljke crnog graška mogu ići još dalje. Nakon što pretrpe štetu od lisnih minera, čini se da mijenjaju tlo oko korijena na način koji pomaže sljedećoj generaciji biljaka da se obrani - čak i kada te mlađe biljke nikada nisu bile napadnute.

Biljke imaju višestruku obranu

Biljke koriste nekoliko tehnika kako bi obeshrabrile gladne insekte i veće biljojede. Sitne dlačice mogu usporiti male štetočine, trnje može obeshrabriti životinje koje pasu, a kemijski spojevi mogu učiniti lišće neugodnim ili otrovnim. Neke biljke također ispuštaju posebne mirise u zraku poznate kao hlapljive tvari biljaka inducirane biljojedima ili HIPV-ovi. Ove kemikalije mogu djelovati gotovo kao signal za uzbunu.

Umjesto da izravno napadaju štetnika, biljka ispušta miris koji privlači prirodne neprijatelje poput parazitoidnih osa. Ove ose traže insekte koji se hrane biljkom i mogu pomoći u smanjenju štete.

Slabost ovog sustava je u tome što ti signali u zraku obično nestaju nakon što neposredna prijetnja nestane. Istraživači su stoga htjeli znati mogu li biljke stvoriti dugotrajniji oblik obrane putem tla.

Tlo može pohranjivati ​​informacije

Korijenje čini mnogo više od pukog upijanja vode i hranjivih tvari. Biljke kontinuirano ispuštaju smjese spojeva u okolno tlo. Ove tvari, poznate kao korijenski eksudati, utječu na mikroorganizme koji žive oko korijena. Te mikrobne zajednice zatim mogu utjecati na rast biljaka, unos hranjivih tvari i otpornost na bolesti i štetnike.

Prethodne studije već su pokazale da oštećenja lišća od strane insekata mogu promijeniti i kemiju korijena i sastav mikroba u tlu. Ono što je ostalo nejasno jest mogu li te promjene pružiti korisnu obranu biljkama koje kasnije rastu u istom tlu.

Nova studija sugerira da napadi insekata mogu ostaviti biološki otisak pod zemljom koji preživljava izvan izvorne oštećene biljke.

Vinji grašak otkriva učinak

Istraživači su se usredotočili na vino, koje često napadaju lisni mineri. Već je poznato da vino ispušta signale u zraku koji privlače parazitoidne ose kada lisni mineri počnu hraniti se njihovim lišćem.

Kako bi istražili može li se ovaj odgovor proširiti na tlo, znanstvenici su uzgojili nove biljke vinog graška u tlu koje je prethodno sadržavalo biljke oštećene insektima ili neoštećene biljke. Zatim su ispitali kemiju biljaka, aktivnost gena, hlapljive spojeve i promjene u mikrobiomu tla.

Istraživači su također sterilizirali tlo i ponovno uveli odabrane mikrobne populacije, što im je omogućilo da testiraju jesu li mikrobi zaista odgovorni za učinak, a ne samo povezani s njim.

Nove biljke dobile zaštitu

Rezultati su pokazali zapanjujuću razliku. Crni grašak uzgojen u tlu koje je prethodno zauzimalo biljke oštećene lisnim minerima privukao je više parazitoidnih osa, iako same nove biljke nikada nisu bile napadnute. Također su rasle veće.

To znači da je susret izvorne biljke s kukcima promijenio tlo na način koji je koristio sljedećoj generaciji. Istraživači su pratili ovaj učinak kroz lanac bioloških odgovora počevši od početnog oštećenja lista.

Hormon pokreće lanac

Kada su lisni mineri oštetili listove graška, napad je aktivirao signalizaciju jasmonata. Jasmonat je važan biljni hormon uključen u odgovore na ozljede i biljojed. Ovaj hormonski odgovor uzrokovao je da korijenje oslobađa povećane količine dva flavonoidna spoja: daidzeina i genisteina. Ti su spojevi zatim promijenili mikrobnu zajednicu oko korijena. Nekoliko vrsta bakterija Bradyrhizobium postalo je obilnije u uvjetovanom tlu. Kada su kasnije tamo izrasle nove biljke graška, čini se da su ti obogaćeni mikrobi reaktivirali obranu povezanu s jasmonatom.

Rezultat je bila veća proizvodnja mirisa koji su parazitoidne ose smatrale privlačnim. Zapravo, prva biljka je promijenila mikrobiom tla tako da su kasnije biljke već bile bolje pripremljene za regrutiranje neprijatelja kukaca.

Obrana kroz generacije

Ovaj mehanizam se razlikuje od uobičajenog kratkotrajnog sustava upozorenja iz zraka. Biljka obično oslobađa obrambene mirise kada se trenutno jede. Međutim, ovdje su istraživači otkrili da biljke mogu privući parazitoidne ose čak i bez neposrednog napada insekata. Prethodna generacija je učinkovito pripremila tlo.

Istraživači su to opisali kao oblik povratne sprege između biljaka i tla u kojoj oštećenje biljojeda ostavlja trajan ekološki potpis. Taj obrambeni utjecaj stoga se može proširiti i na izvornu biljku i na razdoblje kada su insekti zapravo bili prisutni.

Mikrobi su bitni

Eksperimenti koji su uključivali sterilizirano tlo pomogli su pokazati da je mikrobna zajednica ključni dio procesa. Samo imati tlo koje je nekada sadržavalo napadnutu biljku nije bilo dovoljno ako su relevantni mikroorganizmi uklonjeni. Kada su istraživači obnovili određene bakterije, obrambeni odgovor se vratio. To sugerira da biljke ne pohranjuju samo "pamćenje".

Umjesto toga, učinak se javlja kroz partnerstvo između biljaka, kemikalija korijena i mikroba u tlu. Taj odnos može predstavljati prethodno podcijenjeni dio obrambene biologije biljaka.

Moguće koristi za poljoprivredu

Nalazi bi na kraju mogli imati praktične poljoprivredne primjene. Ako određeni usjevi mogu namjerno oblikovati mikrobe u tlu kako bi ojačali prirodno suzbijanje štetočina, poljoprivrednici bi mogli poticati te odnose umjesto da se u potpunosti oslanjaju na insekticide širokog spektra.

Usjev bi potencijalno mogao pomoći u stvaranju uvjeta u tlu koji buduće biljke čine privlačnijima korisnim kukcima. To bi moglo podržati biološko suzbijanje štetočina uz smanjenje unosa kemikalija. Međutim, istraživači upozoravaju da su eksperimenti uključivali samo jedan usjev i jedan sustav štetočina. Još nije poznato proizvode li druge biljke isti učinak.

Studija je također pratila nasljeđe tla samo jedan ciklus, tako da istraživači još uvijek trebaju utvrditi koliko dugo zaštita traje. Terenski eksperimenti bit će potrebni kako bi se testiralo hoće li učinak preživjeti promjene vremena, različite vrste tla i ponovljenu sadnju.

Podzemno partnerstvo

Studija dodaje još jedan sloj našem razumijevanju kako biljke reagiraju na opasnost. Njihova obrana nije ograničena na lišće, trnje ili privremene kemijske alarme. Oni također mogu modificirati mikroskopski ekosustav ispod sebe.