Τα φυτά θα επιτεθούν

Τα φυτά μπορεί να φαίνονται παθητικά όταν τα έντομα αρχίζουν να τρέφονται με αυτά, αλλά οι αμυντικές τους στρατηγικές μπορεί να είναι εκπληκτικά εξελιγμένες. Μερικά παράγουν τοξίνες, άλλα αναπτύσσουν φυσικά φράγματα και πολλά απελευθερώνουν αερομεταφερόμενες χημικές ουσίες που προσελκύουν τους θηρευτές των εντόμων που τους επιτίθενται.

Νέα έρευνα υποδηλώνει ότι τα φυτά μαυρομάτικα μπορούν να προχωρήσουν ακόμη περισσότερο. Αφού υποστούν ζημιές από φυλλοτρύτες, φαίνεται να αλλάζουν το έδαφος γύρω από τις ρίζες τους με τρόπο που βοηθά την επόμενη γενιά φυτών να αμυνθεί - ακόμη και όταν αυτά τα νεότερα φυτά δεν έχουν ποτέ δεχθεί επίθεση.

Τα φυτά έχουν πολλαπλές άμυνες

Τα φυτά χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές για να αποθαρρύνουν τα πεινασμένα έντομα και τα μεγαλύτερα φυτοφάγα. Οι μικροσκοπικές τρίχες μπορούν να επιβραδύνουν μικρά παράσιτα, τα αγκάθια μπορούν να αποθαρρύνουν τα ζώα που βόσκουν και οι χημικές ενώσεις μπορούν να κάνουν τα φύλλα δυσάρεστα ή τοξικά. Ορισμένα φυτά απελευθερώνουν επίσης ειδικές αερομεταφερόμενες μυρωδιές γνωστές ως φυτικά πτητικά που προκαλούνται από φυτοφάγα ή HIPV. Αυτές οι χημικές ουσίες μπορούν να λειτουργήσουν σχεδόν σαν σήμα συναγερμού.

Αντί να επιτεθούν άμεσα στο παράσιτο, το φυτό απελευθερώνει μια οσμή που προσελκύει φυσικούς εχθρούς όπως παρασιτοειδείς σφήκες. Αυτές οι σφήκες αναζητούν έντομα που τρέφονται στο φυτό και μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της ζημιάς.

Η αδυναμία αυτού του συστήματος είναι ότι αυτά τα αερομεταφερόμενα σήματα συνήθως εξαφανίζονται μόλις εξαφανιστεί η άμεση απειλή. Οι ερευνητές ήθελαν επομένως να μάθουν αν τα φυτά θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μια πιο μακροχρόνια μορφή άμυνας μέσω του εδάφους.

Το Έδαφος Μπορεί να Αποθηκεύει Πληροφορίες

Οι ρίζες κάνουν πολύ περισσότερα από το να απορροφούν νερό και θρεπτικά συστατικά. Τα φυτά απελευθερώνουν συνεχώς μείγματα ενώσεων στο περιβάλλον έδαφος. Αυτές οι ουσίες, γνωστές ως εκκρίματα ριζών, επηρεάζουν τους μικροοργανισμούς που ζουν γύρω από τις ρίζες. Αυτές οι μικροβιακές κοινότητες μπορούν στη συνέχεια να επηρεάσουν την ανάπτυξη των φυτών, την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών και την αντοχή σε ασθένειες και παράσιτα.

Προηγούμενες μελέτες είχαν ήδη δείξει ότι η βλάβη από έντομα στα φύλλα μπορεί να αλλάξει τόσο τη χημεία των ριζών όσο και τη σύνθεση των μικροβίων του εδάφους. Αυτό που παρέμεινε ασαφές ήταν αν αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν να παρέχουν μια χρήσιμη άμυνα για τα φυτά που αναπτύσσονται αργότερα στο ίδιο έδαφος.

Τα Καφέ Μπιζέλια Αποκαλύπτουν το Επίδραμα

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στα Καφέ Μπιζέλια, τα οποία συνήθως δέχονται επιθέσεις από φυλλοκόμους. Τα αγριομπίζελα είναι ήδη γνωστό ότι απελευθερώνουν αερομεταφερόμενα σήματα που προσελκύουν παρασιτοειδείς σφήκες όταν οι φυλλοκόμοι αρχίζουν να τρέφονται με τα φύλλα τους.

Για να διερευνήσουν εάν αυτή η απόκριση θα μπορούσε να επεκταθεί στο έδαφος, οι επιστήμονες καλλιέργησαν νέα φυτά αγριομπίζελας σε έδαφος που προηγουμένως περιείχε είτε φυτά που είχαν υποστεί βλάβη από έντομα είτε όχι. Στη συνέχεια, εξέτασαν τη χημεία των φυτών, τη γονιδιακή δραστηριότητα, τις πτητικές ενώσεις και τις αλλαγές στο μικροβίωμα του εδάφους.

Οι ερευνητές αποστείρωσαν επίσης το έδαφος και επανεισήγαγαν επιλεγμένους μικροβιακούς πληθυσμούς, επιτρέποντάς τους να ελέγξουν εάν τα μικρόβια ήταν πραγματικά υπεύθυνα για το φαινόμενο και όχι απλώς συνδεδεμένα με αυτό.

Νέα Φυτά Απέκτησαν Προστασία

Τα αποτελέσματα έδειξαν μια εντυπωσιακή διαφορά. Τα αγριομπίζελα που καλλιεργήθηκαν σε έδαφος που προηγουμένως καταλάμβαναν φυτά που είχαν υποστεί βλάβη από φυλλοκόμους προσέλκυσαν περισσότερες παρασιτοειδείς σφήκες, παρόλο που τα ίδια τα νέα φυτά δεν είχαν ποτέ δεχθεί επίθεση. Επίσης, μεγάλωσαν.

Αυτό σημαίνει ότι η συνάντηση του αρχικού φυτού με έντομα άλλαξε το εδαφικό περιβάλλον με τρόπο που ωφέλησε την επόμενη γενιά. Οι ερευνητές εντόπισαν αυτό το φαινόμενο μέσω μιας αλυσίδας βιολογικών αποκρίσεων που ξεκινούν με την αρχική βλάβη των φύλλων.

Μια Ορμόνη Ξεκινά την Αλυσίδα

Όταν οι φυλλοκόμοι κατέστρεψαν τα φύλλα του φασολιού, η επίθεση ενεργοποίησε την σηματοδότηση του ιασμονικού οξέος. Το ιασμονικό οξύ είναι μια σημαντική φυτική ορμόνη που εμπλέκεται στις αντιδράσεις σε τραυματισμούς και φυτοφαγία. Αυτή η ορμονική απόκριση προκάλεσε την απελευθέρωση αυξημένων ποσοτήτων δύο φλαβονοειδών ενώσεων από τις ρίζες: της δαϊδζεΐνης και της γενιστεΐνης. Αυτές οι ενώσεις στη συνέχεια άλλαξαν την μικροβιακή κοινότητα γύρω από τις ρίζες. Αρκετοί τύποι βακτηρίων Bradyrhizobium έγιναν πιο άφθονοι στο επεξεργασμένο έδαφος. Όταν αργότερα αναπτύχθηκαν εκεί νέα φυτά φασολιού, αυτά τα εμπλουτισμένα μικρόβια φάνηκαν να επανενεργοποιούν τις άμυνες που σχετίζονται με το ιασμονικό οξύ.

Το αποτέλεσμα ήταν μεγαλύτερη παραγωγή μιας οσμής που οι παρασιτοειδείς σφήκες βρήκαν ελκυστική. Στην πραγματικότητα, το πρώτο φυτό άλλαξε το μικροβίωμα του εδάφους, έτσι ώστε τα μεταγενέστερα φυτά να ήταν ήδη καλύτερα προετοιμασμένα για να στρατολογήσουν εχθρούς εντόμων.

Άμυνα Διαμέσου Γενεών

Αυτός ο μηχανισμός διαφέρει από το συνηθισμένο βραχύβιο σύστημα προειδοποίησης που μεταφέρεται μέσω του αέρα. Ένα φυτό συνήθως απελευθερώνει αμυντικές μυρωδιές όταν τρώγεται. Εδώ, ωστόσο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα φυτά μπορούσαν να προσελκύσουν παρασιτοειδείς σφήκες ακόμη και χωρίς άμεση επίθεση εντόμων. Η προηγούμενη γενιά είχε προετοιμάσει αποτελεσματικά το έδαφος.

Οι ερευνητές το περιέγραψαν αυτό ως μια μορφή ανατροφοδότησης φυτού-εδάφους στην οποία η βλάβη από τα φυτοφάγα αφήνει μια διαρκή περιβαλλοντική υπογραφή. Αυτή η αμυντική επιρροή μπορεί επομένως να επεκταθεί πέρα ​​​​από το αρχικό φυτό και την περίοδο κατά την οποία τα έντομα ήταν πραγματικά παρόντα.

Τα μικρόβια είναι απαραίτητα

Πειράματα που αφορούσαν αποστειρωμένο έδαφος βοήθησαν να αποδειχθεί ότι η μικροβιακή κοινότητα ήταν ένα κρίσιμο μέροςτης διαδικασίας. Το να υπάρχει απλώς έδαφος που κάποτε περιείχε ένα φυτό που είχε προσβληθεί δεν ήταν αρκετό αν οι σχετικοί μικροοργανισμοί είχαν αφαιρεθεί. Όταν οι ερευνητές εντόπισαν ορισμένα βακτήρια, η αμυντική απόκριση επέστρεψε. Αυτό υποδηλώνει ότι τα φυτά δεν αποθηκεύουν μόνο τη «μνήμη».

Αντίθετα, το αποτέλεσμα προκύπτει μέσω μιας συνεργασίας μεταξύ φυτών, χημικών ουσιών ρίζας και μικροβίων του εδάφους. Αυτή η σχέση μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα προηγουμένως υποτιμημένο μέρος της βιολογίας της φυτικής άμυνας.

Πιθανά οφέλη για τη γεωργία

Τα ευρήματα θα μπορούσαν τελικά να έχουν πρακτικές γεωργικές εφαρμογές. Εάν ορισμένες καλλιέργειες μπορούν να διαμορφώσουν σκόπιμα τα μικρόβια του εδάφους για να ενισχύσουν τον φυσικό έλεγχο των παρασίτων, οι αγρότες θα μπορούσαν να ενθαρρύνουν αυτές τις σχέσεις αντί να βασίζονται εξ ολοκλήρου σε εντομοκτόνα ευρέος φάσματος.

Μια καλλιέργεια θα μπορούσε ενδεχομένως να βοηθήσει στη δημιουργία εδαφικών συνθηκών που καθιστούν τα μελλοντικά φυτά πιο ελκυστικά για τα ωφέλιμα έντομα. Αυτό θα μπορούσε να υποστηρίξει τον βιολογικό έλεγχο των παρασίτων, μειώνοντας παράλληλα τις χημικές εισροές. Ωστόσο, οι ερευνητές προειδοποιούν ότι τα πειράματα αφορούσαν μόνο μία καλλιέργεια και ένα σύστημα παρασίτων. Δεν είναι ακόμη γνωστό εάν άλλα φυτά παράγουν το ίδιο αποτέλεσμα.

Η μελέτη ακολούθησε επίσης την κληρονομιά του εδάφους μόνο για έναν κύκλο, επομένως οι ερευνητές πρέπει ακόμη να καθορίσουν πόσο διαρκεί η προστασία. Θα απαιτηθούν πειράματα πεδίου για να ελεγχθεί εάν το φαινόμενο επιβιώνει από τις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες, τους διαφορετικούς τύπους εδάφους και τις επαναλαμβανόμενες φυτεύσεις.

Μια υπόγεια συνεργασία

Η μελέτη προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο στην κατανόησή μας για το πώς τα φυτά αντιδρούν στον κίνδυνο. Οι άμυνές τους δεν περιορίζονται σε φύλλα, αγκάθια ή προσωρινούς χημικούς συναγερμούς. Μπορούν επίσης να τροποποιήσουν το μικροσκοπικό οικοσύστημα από κάτω τους.