Наследваната защита

Растенията може да изглеждат пасивни, когато насекомите започнат да се хранят с тях, но техните защитни стратегии могат да бъдат изненадващо изтънчени.

Някои произвеждат токсини, други развиват физически бариери, а много отделят въздушни химикали, които привличат хищници на насекоми, които ги атакуват.

Нови изследвания подсказват, че растенията от сорта кукуриди могат да стигнат още по-далеч. След като понесат повреди от листни миньори, те изглежда менят почвата около корените си по начин, който помага на следващото поколение растения да се защити — дори когато тези по-млади растения никога не са били атакувани.

Растенията притежават няколко защитни метода, за да отегчат гладните насекоми и по-големите травоядници. Малки косми могат да забавят малки вредители, бодли могат да отблъснат пасищните животни, а химичните съединения могат да направят листата неприятни или токсични.

Някои растения освен това отделят специални въздушни аромати, наречени химикали, индуцирани от хербиворни растения, или ХИХР. Тези химикали могат да действат почти като сигнал за аларма.

Вместо да напада директно вредителя, растението отделя аромат, който привлича естествените му врагове, като паразитоидни оси. Тези оси търсят насекоми, които се хранят с растението, и могат да помогнат да се намали вредата.

Слабостта на тази система е, че тези въздушни сигнали обикновено изчезват, когато незабавната заплаха отпадне. Следователно изследователите искаха да разберат дали растенията могат да създадат по-дълготрайна форма на защита чрез почвата.

Корените правят много повече от абсорбиране на вода и хранителни вещества. Растенията непрекъснато отделят смеси от съединения в околната почва. Тези вещества, известни като коренни изстварения, оказват влияние върху микроорганизмите, живеещи около корените. Тези микробни общности могат да повлияят на растежа на растенията, на приемането на хранителни вещества и на устойчивостта на заболявания и вредители.

Предишни изследвания вече бяха показали, че повредите от насекоми върху листата могат да променят както химията на корените, така и състава на почвените микроорганизми. Какво остава неясно е дали тези промени могат да предоставят полезна защита за растенията, които растат по-късно в същата почва.

Новото изследване подсказва, че атаките на насекоми могат да оставят биологичен отпечатък под земята, който оцелява след първоначално повреденото растение.

Кукуридите разкриват ефекта

Изследователите се съсредоточиха върху кукуридите, които обикновено се атакуват от листни миньори. Кукуридите вече са известни с това, че изделят въздушни сигнали, които привличат паразитоидни оси, когато листните миньори започнат да се хранят с листата им.

За да разберат дали този отговор може да се простира в почвата, учените отгледаха нови кукуриди в почва, която преди това е съдържала както повредени от листни миньори, така и неповредени растения. След това те проучиха химията на растението, активността на гените, въздушните съединения и промените в почвения микробен слой.

Изследователите също стерилизираха почвата и повторно въведоха избрани микробни популации, позволявайки им да тестват дали микробите наистина са отговорни за ефекта, а не просто асоциирани с него.

Новите резултати показаха удивително разлика. Кукуридите, отгледани в почва, която преди това е била заета от повредени от листни миньори растения, привличат повече паразитоидни оси, въпреки че новите растения никога не са били атакувани. Също така стигат до по-голям растеж.

Това означава, че сблъсъкът на първоначалното растение с насекоми промени средата на почвата по начин, който ползва следващото поколение. Изследователите проследиха този ефект чрез верига от биологични реакции, започващи с първоначалната повреда на листата.

Хормон започва веригата

Когато листните миньори повредиха листата на кукуридите, атаката активира сигнализацията на ясмонат. Ясмонатът е важен растителен хормон, участващ в отговорите на травми и хербивори.

Този хормонален отговор причини корените да отделят увеличени количества на две флавоноидни съединения: даидзеин и генистейн.

Тези съединения промениха микробната общност около корените. Няколко вида бактерии на Bradyrhizobium станаха по-многобройни в престроената почва. Когато по-късно растяха нови кукуриди там, тези обогатени микроби изглежда активират отново отбранителни механизми, свързани с ясмонат.

Резултатът беше увеличаване на производството на аромат, който паразитоидните оси считат за привлекателен. По същество, първото растение промени микробната среда на почвата така, че по-късните растения вече бяха по-добре подготвени да нанимават инсектни врагове.

Защита на ниво поколение

Този механизъм се различава от обичайната краткотрайна система за предупреждение във въздуха. Обикновено растението отделя отбранителни аромати, когато в момента бива изяждано.

В този случай обаче, изследователите откриха, че растенията могат да привличат паразитоидни оси дори без незабавна атака от насекоми. Предишното поколение ефективно подготвило почвата.

Изследователите описаха това като форма на обратна връзка растение-почва, при която повредата от хербивори оставя траен околовъздушен знак. Защитното влияние може да се простира както на първоначалното растение, така и на периода, когато насекомите са били наистина присъстващи.

Микробите са от съществено значение

Експериментите, включващи стерилизирана почва, помогнаха да се демонстрира, че микробната общност е от съществено значение за процеса. Просто да имаш почва, която някога е съдържала атакувано растение, не е достатъчно, ако се премахнат съответните микроорганизми.

Когато изследователите възстановиха определени бактерии, защитният отговор се върна. Това подсказва, че растенията не запаметяват „паметта“ самостоятелно.

По-скоро ефектът възниква чрез партньорство между растенията, коренните съединения и почвените микроби. Тази връзка може да представлява предварително недооценена част от биологията на защитата на растенията.

Възможни ползи за селското стопанство

Установените факти най-после могат да имат практични приложения в земеделието. Ако определени култури могат умишлено да формират почвени микроби, за да укрепят естествената борба с вредителите, земеделците биха могли да насърчават тези връзки, вместо да се доверяват изцяло на общите инсектициди.

Възможно е една култура да представям почвени условия, които правят бъдещите растения по-привлекателни за полезни насекоми. Това може да подкрепи биологичната борба с вредителите, като намали химическите добавки. Въпреки това, изследователите предупреждават, че експериментите засега включваха само една култура и една система за вредители. Все още не е известно дали други растения произвеждат същия ефект.

Изследването също проследи наследството на почвата само за един цикъл, така че изследователите все още трябва да определят колко време продължава защитата. Теренните експерименти ще бъдат необходими, за да се провери дали ефектът оцелява на променливата погода, различни видове почва и повтарящо се засаждане.

Партньорство под земята

Изследването добавя още един слой към нашето разбиране за начина, по който растенията реагират на опасност. Техните защити не се ограничават само до листата, бодли или временни химически аларми. Те могат да модифицират и микроскопичната екосистема под тях.

За кукуридите, атака от насекоми може да остави повече от повредени листа. Чрез промяна на коренните съединения и пренасяне на почвените бактерии, едно поколение може да създаде условия, които помагат на следващото да расте по-добре и да привлича естествените защитници — превръщайки самата почва в част от защитната система на растението.