Biljke pamte napade

Biljke mogu delovati potpuno pasivno kada insekti počnu da se hrane njihovim listovima, ali njihove odbrambene strategije mogu biti iznenađujuće složene.

Neke proizvode toksine, druge stvaraju fizičke prepreke, dok mnoge ispuštaju hemikalije u vazduh koje privlače prirodne neprijatelje insekata.

Nova istraživanja ukazuju da biljke crnog graška mogu otići i korak dalje. Nakon što ih napadnu lisni mineri, one izgleda menjaju zemljište oko svog korena na način koji pomaže sledećoj generaciji biljaka da se bolje zaštiti - čak i kada te mlađe biljke nikada ranije nisu bile napadnute.

Biljke imaju više načina odbrane

Biljke koriste različite strategije kako bi obeshrabrile gladne insekte i veće biljojede. Sitne dlačice mogu usporiti male štetočine, trnje može odvratiti životinje od ispaše, dok hemijska jedinjenja mogu učiniti lišće neprijatnim ili otrovnim.

Neke biljke takođe ispuštaju posebne mirisne materije poznate kao isparljiva jedinjenja izazvana napadom biljojeda, odnosno HIPV. Ove hemikalije mogu delovati gotovo kao alarmni signal.

Umesto da direktno napadne štetočinu, biljka oslobađa miris koji privlači prirodne neprijatelje, poput parazitoidnih osa. One pronalaze insekte koji se hrane biljkom i mogu pomoći u smanjenju štete.

Slabost ovog sistema je u tome što ovi signali iz vazduha uglavnom nestaju kada neposredna opasnost prođe. Zato su istraživači želeli da utvrde da li biljke mogu stvoriti dugotrajniji oblik odbrane putem zemljišta.

Zemljište možda čuva informacije

Korenje ne služi samo za upijanje vode i hranljivih materija. Biljke neprestano oslobađaju različite mešavine jedinjenja u okolno zemljište. Ove supstance, poznate kao korenski eksudati, utiču na mikroorganizme koji žive oko korena.

Te mikrobne zajednice zatim mogu uticati na rast biljke, usvajanje hranljivih materija i otpornost na bolesti i štetočine.

Ranija istraživanja već su pokazala da oštećenje listova izazvano insektima može promeniti i hemiju korena i sastav mikroorganizama u zemljištu. Međutim, ostalo je nejasno da li te promene mogu pružiti korisnu odbranu biljkama koje kasnije rastu u istom zemljištu.

Crni grašak otkriva efekat

Istraživači su se usredsredili na crni grašak, koji često napadaju lisni mineri. Poznato je da ove biljke već oslobađaju signale u vazduhu koji privlače parazitoidne ose kada lisni mineri počnu da se hrane njihovim listovima.

Kako bi ispitali da li se ova reakcija može proširiti i na zemljište, naučnici su uzgajali nove biljke crnog graška u zemljištu u kojem su prethodno rasle biljke koje su bile napadnute insektima ili one koje nisu bile oštećene.

Zatim su analizirali hemiju biljaka, aktivnost gena, isparljiva jedinjenja i promene u mikrobiomu zemljišta.

Istraživači su takođe sterilizovali zemljište i ponovo u njega unosili odabrane mikrobne zajednice. Na taj način mogli su da utvrde da li su mikroorganizmi zaista odgovorni za efekat, a ne samo povezani sa njim.

Nove biljke dobile su zaštitu

Rezultati su pokazali upečatljivu razliku. Biljke crnog graška koje su rasle u zemljištu u kojem su prethodno bile biljke oštećene lisnim minerima privukle su više parazitoidnih osa, iako same nove biljke nikada nisu bile napadnute.

Takođe su porasle više.

To znači da je susret prve biljke sa insektima promenio zemljište na način koji je koristio sledećoj generaciji. Istraživači su ovaj efekat povezali sa nizom bioloških reakcija koje počinju od prvobitnog oštećenja listova.

Hormon pokreće lanac reakcija

Kada lisni mineri oštete listove crnog graška, napad aktivira signalizaciju putem jasmonata. Jasmonat je važan biljni hormon koji učestvuje u reakcijama na povrede i napade biljojeda.

Ovaj hormonski odgovor podstiče koren da oslobodi veće količine dva flavonoidna jedinjenja - daidzeina i genisteina. Ova jedinjenja zatim menjaju mikrobnu zajednicu oko korena.

U tako izmenjenom zemljištu postaju brojnije određene vrste bakterija iz roda Bradyrhizobium. Kada nove biljke crnog graška kasnije izrastu u tom zemljištu, čini se da ove obogaćene mikrobne zajednice ponovo aktiviraju odbrambene reakcije povezane sa jasmonatom.

Rezultat je veća proizvodnja mirisa koji privlači parazitoidne ose.

Drugim rečima, prva biljka menja mikrobiom zemljišta tako da kasnije biljke budu bolje pripremljene da privuku prirodne neprijatelje štetočina.

Odbrana koja prelazi na sledeću generaciju

Ovaj mehanizam razlikuje se od uobičajenog, kratkotrajnog sistema upozorenja putem mirisa iz vazduha. Biljka obično oslobađa odbrambene mirise kada je trenutno napadnuta.

Ovde, međutim, istraživači su otkrili da biljke mogu privući parazitoidne ose čak i bez neposrednog napada insekata. Prethodna generacija je, praktično, pripremila zemljište.

Istraživači su ovaj proces opisali kao oblik povratne sprege između biljke i zemljišta, u kojem napad biljojeda ostavlja dugotrajan trag u životnoj sredini. Njegov uticaj na odbranu tako može trajati i nakon što nestanu i prvobitna biljka i sami insekti.

Mikroorganizmi su ključni

Eksperimenti sa sterilizovanim zemljištem pokazali su da je mikrobna zajednica ključni deo ovog procesa. Samo zemljište u kojem je ranije rasla napadnuta biljka nije bilo dovoljno ako su relevantni mikroorganizmi uklonjeni.

Kada su istraživači ponovo uneli određene bakterije, odbrambena reakcija se vratila.

To ukazuje da biljke same ne čuvaju ovu vrstu „sećanja“. Umesto toga, efekat nastaje kroz saradnju biljaka, hemijskih jedinjenja iz korena i mikroorganizama u zemljištu.

Takav odnos mogao bi predstavljati dosad potcenjen deo biologije odbrane biljaka.

Moguća korist za poljoprivredu

Ova otkrića bi jednog dana mogla imati praktičnu primenu u poljoprivredi. Ako određene biljke mogu namerno oblikovati mikrobne zajednice u zemljištu kako bi ojačale prirodnu kontrolu štetočina, poljoprivrednici bi mogli da podstiču takve odnose umesto da se u potpunosti oslanjaju na insekticide širokog spektra.

Određena kultura bi potencijalno mogla da stvori uslove u zemljištu koji buduće biljke čine privlačnijim korisnim insektima. To bi moglo podržati biološku kontrolu štetočina i istovremeno smanjiti upotrebu hemijskih sredstava.

Ipak, istraživači upozoravaju da su eksperimenti obuhvatili samo jednu biljku i jedan sistem biljke i štetočine. Još nije poznato da li druge biljke mogu proizvesti isti efekat.

Studija je takođe pratila uticaj promenjenog zemljišta samo kroz jedan ciklus, pa istraživači tek treba da utvrde koliko dugo zaštita traje. Biće potrebna istraživanja na otvorenom kako bi se proverilo da li efekat opstaje pod promenljivim vremenskim uslovima, na različitim tipovima zemljišta i pri ponovljenoj sadnji.

Partnerstvo ispod zemlje

Ova studija dodaje još jedan sloj našem razumevanju načina na koji biljke reaguju na opasnost. Njihova odbrana nije ograničena samo na listove, trnje ili privremene hemijske signale. Biljke mogu menjati i mikroskopski ekosistem koji se nalazi ispod njih.

Kod crnog graška, napad insekata može ostaviti mnogo više od oštećenih listova. Menjanjem hemije korena i sastava bakterija u zemljištu, jedna generacija može stvoriti uslove koji pomažu sledećoj da bolje raste i privuče prirodne saveznike - pretvarajući samo zemljište u deo zaštitnog sistema biljke.