النباتات في كل مكان. يمكن العثور عليها في أي بلد وأي قطعة أرض بغض النظر عن مدى قسوة ظروفها. لكن بدونها ، لن يكون كوكبنا كما نعرفه. أحد الأمثلة البسيطة التي تؤكد أهمية هذه الكائنات الكلوروفيلية هو أن عددًا مذهلاً من الحيوانات يستهلكها. بعضها مألوف ، مثل ثدييات الرعي الكبيرة بما في ذلك الغزلان أو الماشية ، في حين أن البعض الآخر أصغر حجماً و هو مئات الآلاف من أنواع الحشرات والمفصليات.
وبينما لا يملك النبات قدرة تفكيرية ، فإن هذا لا يعني أنه لا يستطيع الدفاع عن نفسه وضمان بقاءه في ضوء هذا الاعتداء. تدور هذه المقالة حول آليات الدفاع التي تطورت على مدار مئات الآلاف من السنين لضمان استمرارية النباتات والتغلب على الهجوم المستمر للحيوانات.
آليات دفاع مختلفة
تستخدم الحيوانات طرقًا عديدة لتجنب مفترسيها. الاستجابات السلوكية ، مثل الهروب ، مهمة جدًا. في المقابل ، فإن النباتات “لاطئة” ، مما يعني أنها لا تستطيع الحركة بفعل الجذور التي ترسخها في التربة. لذلك ، فقد طورت دفاعات فيزيائية وكيميائية لحماية أنفسها من العواشب ، وهي حيوانات تعيش عن طريق أكل الأنسجة النباتية.
الدفاعات الفيزيائية هي خط الحماية الأول والأكثر بدائية للعديد من النباتات. هذه الدفاعات تجعل من الصعب على الحيوانات العاشبة استهلاكها. ومن الأمثلة على الدفاعات الفيزيائية هي الأشواك على الورود والمسامير على الأشجار مثل الزعرور التي تؤذي الحيوانات العاشبة وتمنعها من أكل سيقان النباتات أو أوراقها.
شكل آخر من أشكال الدفاع يُلاحظ مع الأعشاب ، مثل الذرة (الذرة) والأرز والقمح التي تمتص عنصر السيليكون من التربة. تجعل جزيئات السيليكون الصلبة أوراق العشب كاشطة ، مما يؤدي إلى تآكل أسنان ثدييات الرعي الكبيرة والفك السفلي للجراد.
تسليح آخر تستخدمه النباتات ضد الحشرات يمكن اكتشافه في أوراق بعض النباتات التي تبدو جعداء عند لمسها. هذا نتيجة لتراكيب صغيرة تسمى الترخوم. هذه الناميات الشعرية الكثيفة تجعل من الصعب على الحشرات أو العث الوصول إلى الخلايا في أوراق النبات.
تستخدم النباتات أيضًا ترسانة متنوعة من المواد الكيميائية التي تمنع العواشب. العديد من هذه المركبات سامة ، وطاردة أو حتى قاتلة للحيوانات العاشبة التي ترعى. في حالات أخرى ، يكون تأثير هذه الدفاعات غير مباشر. على سبيل المثال ، تنتج بعض النباتات رحيقًا يجذب النمل. يتغذى النمل على الرحيق المغذي الذي يصنعه النبات. في المقابل ، يدافع النمل عن النبات من الحشرات العاشبة التي تأكل أوراق النبات.
دفاعات النبات. من اليسار إلى اليمين: أشواك على وردة ، النمل يقتل العواشب التي تتغذى على رحيق النبات ، أوراق الشاي التي تحتوي على مادة الكافيين (السامة للحشرات)، والحافة المسننة من السيليكا المجهرية لأوراق العشب.
دفاعات النبات التأسيسية مقابل الدفاعات المستحثة
للدفاع ثمنه. تحتاج النباتات إلى الطاقة لإنشاء دفاعات فيزيائية وكيميائية ، وفي كثير من الأحيان ، تقوم بتحويل الطاقة التي يمكن استخدامها للنمو نحو مقاومة العشائب. وهذا يفسر سبب قيام العديد من النباتات بتشغيل دفاعاتها فقط عندما تتغذى الحيوانات العاشبة عليها.
في بعض المناطق ، مثل الغابات الاستوائية ، توجد أعداد كبيرة من الحيوانات العاشبة على مدار العام لأنها تتغذى على النباتات والشجيرات. أي مجموعة نباتية سيتم القضاء عليها إذا لم يتم ردع تلك الحيوانات. لذلك ، توجد دائمًا المركبات السامة بمستويات عالية في بعض أنواع النباتات الاستوائية. تعرف دفاعات النبات التي تكون دائمًا “قيد التشغيل” بالدفاعات “التأسيسية”.
على النقيض من ذلك ، فإن فصول الشتاء المتجمدة تجعل أعداد الحيوانات العاشبة منخفضة في المناطق المعتدلة بينما تتوسع خلال الفترة المتبقية من العام. بينما لا تزال النباتات تستخدم الدفاعات التأسيسية في هذه المناخات ، عندما تهاجمها الحيوانات العاشبة ، يمكنها أيضًا زيادة مستوى دفاعاتها. تحافظ هذه الدفاعات “المستحثة” على الموارد الى أن يتم الاحتياج إليها بشدة.
تمتلك الذرة دفاعًا “مستحثًا” يجذب الأعداء الطبيعيين للحيوانات العاشبة. عندما تبدأ الحيوانات العاشبة في أكل الذرة ، فإنها تؤدي إلى إنتاج مركبات محمولة جواً. تجذب هذه المركبات الدبابير التي تهاجم الحشرات العاشبة. عندما تصل هذه الحشرات المفترسة إلى النبات ، تجد ضحية تنتظرها.
بالنسبة للنباتات في المناطق الاستوائية مثل هذه الغابة في إندونيسيا ، يمكن أن تشكل السموم ما يصل إلى 50٪ من أنسجة الأوراق.
تصور الحيوانات العاشبة
تتعرف النباتات على مهاجمة الحيوانات العاشبة في غضون دقائق إلى ساعات. ردا على ذلك ، يمكنها تشغيل الجينات وإيقافها ، وتوليد الإنزيمات والبروتينات الأخرى لمواجهة الهجوم. الحيوانات العاشبة تضر النباتات جسديًا عندما تأكل أنسجتها أو تشرب سوائلها. يؤدي التعرض للإصابة إلى تنشيط المواد الكيميائية في النبات في مواقع التغذية ، ويمكن أن يؤدي لعاب الحيوانات العاشبة في بعض الأحيان إلى استجابات كيميائية في النباتات. استجابة لهذه الإشارات ، تنتج النباتات مركبات مثل بيروكسيد الهيدروجين الذي يصد الحشرات.
مركب آخر ينتج أثناء وضع الدفاع هو حمض الياسمين (JA). هذه المادة الكيميائية بمثابة “منظم رئيسي” لدفاعات النبات المستحثة. في غضون ٢٤ ساعة من هجوم الحيوانات العاشبة ، يمكن تنشيط عدة آلاف من الجينات عبر نظام JA. تقوم هذه الجينات بترميز البروتينات ذات التأثيرات المتنوعة على الحيوانات العاشبة. فبعضها يضر بالجهاز الهضمي ، والبعض الآخر يعطل وظائف الخلايا الضرورية لنمو الحيوانات العاشبة أو بقائها على قيد الحياة أو تكاثرها.
عند تنشيطه بعد الجرح ، يتفاعل حمض الياسمين (JA) مع البروتينات الموجودة على الحمض النووي في نواة الخلية النباتية. تعمل هذه البروتينات على تثبيط الجينات لحين الحاجة إليها. عندما يرتبط JA بالبروتينات ، تتحرر الجينات من التثبيط. تبدأ مجموعة متنوعة من الجينات في إنتاج البروتينات والإنزيمات اللازمة للدفاع عن النبات.
حمض الياسمين (JA) هو هرمون نباتي. تقريبا جميع النباتات لديها. JA مسؤول عن التحكم في العديد من استجابات النبات ، وليس الدفاع فقط. على سبيل المثال ، يوجه JA تكوين الدرنات في نباتات البطاطس. كما أنه ينسق كيفية لف المحلاق على الكروم.
