Tichá obrana

Rostliny se před škůdci nebrání jen trny, jedovatými látkami nebo pachovými signály.

Nový výzkum ukazuje, že hrachor kravský dokáže po útoku vrtalek změnit také půdu kolem svých kořenů.

V ní se následně vytvoří podmínky, které pomohou dalším rostlinám lépe se bránit – přestože samy nikdy napadeny nebyly.

Rostliny mají více obranných mechanismů

Rostliny mohou na první pohled působit bezbranně, když se do jejich listů pustí hmyz. Ve skutečnosti ale využívají překvapivě důmyslné způsoby ochrany. Některé vytvářejí toxické látky, jiné spoléhají na fyzické překážky a mnohé uvolňují do vzduchu chemické látky, které přitahují přirozené nepřátele škůdců.

Nový výzkum naznačuje, že hrachor kravský dokáže zajít ještě dál. Po napadení vrtalkami totiž zřejmě mění půdu v okolí svých kořenů tak, aby pomohla další generaci rostlin lépe se bránit. A to i v případě, že mladší rostliny samy nikdy napadeny nebyly.

Rostliny používají několik způsobů, jak odradit hladový hmyz i větší býložravce. Drobné chloupky mohou zpomalit malé škůdce, trny znepříjemňují okusování a chemické látky mohou listy učinit nechutnými nebo dokonce jedovatými. Některé rostliny také uvolňují do vzduchu zvláštní pachové látky známé jako těkavé látky vyvolané napadením býložravci. Tyto chemické signály mohou fungovat téměř jako poplašné znamení.

Rostlina přitom škůdce nemusí napadat přímo. Místo toho vyšle pachový signál, který přiláká přirozené nepřátele, například parazitické vosičky. Ty vyhledávají hmyz živící se na rostlinách a mohou pomoci omezit způsobené škody. Tento systém má ale jednu nevýhodu. Pachové signály se obvykle vytratí poté, co bezprostřední nebezpečí pomine. Vědci proto chtěli zjistit, zda rostliny dokážou vytvořit trvalejší způsob obrany prostřednictvím půdy.

Půda může uchovávat informace

Kořeny neslouží pouze k přijímání vody a živin. Rostliny do okolní půdy průběžně uvolňují směs různých látek. Tyto takzvané kořenové exudáty ovlivňují mikroorganismy žijící v blízkosti kořenů. Mikroorganismy pak mohou ovlivňovat růst rostlin, příjem živin i jejich odolnost vůči chorobám a škůdcům.

Předchozí studie už ukázaly, že poškození listů hmyzem může změnit chemické složení kořenů i zastoupení mikroorganismů v půdě. Dosud však nebylo jasné, zda by tyto změny mohly poskytnout užitečnou ochranu rostlinám, které ve stejné půdě vyrostou později.

Nová studie naznačuje, že napadení hmyzem může zanechat v půdě biologickou stopu, která přetrvá i poté, co původní poškozená rostlina zmizí.

Hrachor odhalil překvapivý efekt

Vědci se zaměřili na hrachor kravský, který často napadají vrtalky. Je známo, že když se vrtalky začnou živit jeho listy, rostlina uvolňuje do vzduchu signály přitahující parazitické vosičky.

Výzkumníci proto zjišťovali, zda se podobná reakce může přenést také do půdy. Vypěstovali nové rostliny v půdě, ve které předtím rostly buď rostliny poškozené hmyzem, nebo nepoškozené rostliny. Následně sledovali chemické složení rostlin, aktivitu genů, těkavé látky i změny v půdním mikrobiomu.

Vědci zároveň část půdy sterilizovali a znovu do ní přidali vybrané skupiny mikroorganismů. Mohli tak ověřit, zda za pozorovaným účinkem skutečně stojí mikroorganismy, a nejde pouze o jev, který s jejich přítomností náhodně souvisí.

Nové rostliny získaly ochranu

Výsledky ukázaly výrazný rozdíl. Hrachorům pěstovaným v půdě, kde předtím rostly rostliny poškozené vrtalkami, se podařilo přilákat více parazitických vosiček. Samotné mladé rostliny přitom nikdy napadeny nebyly. Zároveň rostly větší.

Původní rostlina tak po napadení hmyzem změnila prostředí v půdě způsobem, který prospěl další generaci. Vědci tento účinek vysledovali jako řetězec biologických reakcí, který začal poškozením listů.

Řetězec spustil rostlinný hormon

Když vrtalky poškodily listy hrachu kravského, aktivovala se jasmonátová signalizace. Jde o důležitý rostlinný hormon, který se podílí na reakcích na poranění a napadení býložravci.

Tato hormonální reakce způsobila, že kořeny začaly uvolňovat větší množství dvou flavonoidních látek, daidzeinu a genisteinu. Ty následně změnily společenství mikroorganismů v okolí kořenů.

V takto ovlivněné půdě se zvýšil podíl několika druhů bakterií rodu Bradyrhizobium. Když v ní později vyrostly nové rostliny, tyto početnější mikrobiální skupiny zřejmě znovu aktivovaly obranné mechanismy související s jasmonátem.

Výsledkem byla vyšší tvorba pachové látky, která byla pro parazitické vosičky přitažlivá. První rostlina tak svým působením změnila půdní mikrobiom a připravila další rostliny na účinnější přivolání přirozených nepřátel škůdců.

Obrana může překročit generace

Tento mechanismus se liší od běžného krátkodobého poplašného systému ve vzduchu. Rostlina obvykle začne uvolňovat obranné pachy ve chvíli, kdy ji právě požírá hmyz. V tomto případě však vědci zjistili, že rostliny dokázaly přilákat parazitické vosičky i bez bezprostředního napadení.

Předchozí generace totiž půdu určitým způsobem připravila. Vědci tento jev popsali jako formu zpětné vazby mezi rostlinou a půdou, při níž poškození způsobené býložravci zanechává v prostředí trvalejší stopu.

Obranný účinek tak může přesáhnout nejen život původní rostliny, ale také období, kdy byli škůdci skutečně přítomni.

Bez mikroorganismů to nefunguje

Pokusy se sterilizovanou půdou pomohly ukázat, že mikrobiální společenství je pro celý proces zásadní. Samotná půda, ve které dříve rostla napadená rostlina, nestačila, pokud byly příslušné mikroorganismy odstraněny.

Když vědci některé bakterie do půdy znovu přidali, obranná reakce se obnovila. To naznačuje, že rostliny tuto vzpomínku neuchovávají samy.

Účinek vzniká díky spolupráci mezi rostlinami, látkami uvolňovanými kořeny a půdními mikroorganismy. Právě tento vztah může představovat dosud podceňovanou součást obranných mechanismů rostlin.

Možnosti pro zemědělství

Zjištění by v budoucnu mohla najít uplatnění také v zemědělství. Pokud některé plodiny dokážou cíleně ovlivňovat půdní mikroorganismy tak, aby posílily přirozenou ochranu proti škůdcům, mohli by zemědělci tyto vztahy podporovat a méně spoléhat na širokospektrální insekticidy.

Plodina by teoreticky mohla pomoci vytvořit takové podmínky v půdě, díky nimž by budoucí rostliny lépe přitahovaly užitečný hmyz. To by mohlo podpořit biologickou ochranu proti škůdcům a současně snížit potřebu chemických přípravků.

Vědci však upozorňují, že pokusy zahrnovaly pouze jednu plodinu a jeden systém vztahu mezi rostlinou a škůdcem. Zatím proto není jasné, zda stejný mechanismus funguje také u dalších druhů rostlin.

Studie navíc sledovala půdní dědictví pouze během jednoho cyklu. Výzkumníci proto stále potřebují zjistit, jak dlouho ochranný účinek přetrvává. Nezbytné budou také pokusy přímo v terénu, které ukážou, zda mechanismus funguje i při proměnlivém počasí, v různých typech půdy a při opakovaném pěstování.

Pod povrchem vzniká spolupráce

Studie přidává další dílek do našeho chápání toho, jak rostliny reagují na nebezpečí. Jejich obrana se neomezuje pouze na listy, trny nebo krátkodobé chemické poplašné signály. Rostliny dokážou ovlivňovat také mikroskopický ekosystém, který se nachází přímo pod nimi.

U hrachu kravského tak útok hmyzu nemusí zanechat pouze poškozené listy. Změnou chemického složení kořenů a úpravou půdních bakterií může jedna generace vytvořit podmínky, které pomohou další generaci lépe růst a přilákat přirozené ochránce. Samotná půda se tak může stát součástí obranného systému rostliny.