Растения используют остроту приправ для сэндвичей и суши в своей защите
Новое исследование Копенгагенского университета впервые доказало, как растения защищаются от травоядных. Частью объяснения являются острые вкусы, знакомые нам из гастрономов и суши-баров.
Растения, укоренённые в почве, — неподвижные объекты для пиршества личинок насекомых и других травоядных. Но после миллионов лет эволюции растения выработали способ отпугивать хищных травоядных и обеспечивать выживание следующего поколения.
В научных кругах точные механизмы защиты растений оставались загадкой. Среди множества наблюдений в 1974 году была выдвинута «теория оптимальной защиты» растений от травоядных. Однако научных доказательств, подтверждающих эту теорию, не хватало.
Теперь исследователи из Департамента наук о растениях и окружающей среде Копенгагенского университета опубликовали исследование в научном журнале PNAS, впервые доказав, как растения защищаются.
«В исследовании мы доказываем, что старые листья растения самоотверженно жертвуют собой, перенаправляя свои защитные ресурсы к молодым листьям с единственной целью — отпугнуть личинок и других травоядных и заставить их переключиться на старые листья. Таким образом растение обеспечивает выживание своего следующего поколения», — объясняет профессор Барбара Энн Халкир, руководившая исследованием.
Защита с помощью васаби и горчицы
Защитная химия растений включает те же вещества, которые вызывают жгучее ощущение во рту от васаби и горчицы. Но вместо кулинарной приправы эти острые на вкус растительные вещества в первую очередь служат для отпугивания ненасытных травоядных.
Эти вещества, известные как глюкозинолаты, естественным образом содержатся в листьях растений. Только когда травоядное начинает поедать лист и растительная ткань разрушается, фермент мирозиназа вступает в контакт с глюкозинолатами, которые расщепляются, высвобождая свои сильные и слегка токсичные химические deterrents. Растения могут самостоятельно регулировать количество этих защитных веществ в каждом листе, что особенно заметно при производстве новых семян.
«Когда растение зацветает, всё вращается вокруг следующего поколения. В этот момент важнее защищать молодые листья, которые питают будущие семена, чем старые. Таким образом, концентрация глюкозинолатов в молодых листьях увеличивается, что мы впервые научно доказали», — объясняет профессор Александр Шульц.
Исследователям помог мутант
Изменяя генетические характеристики, исследователи создали мутантное растение резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), которое было перепрограммировано на равномерное распределение химической защиты между старыми и молодыми листьями, в отличие от направления больших доз к молодым листьям.
Когда личинок выпустили, исследователям было легко увидеть, что те без разбора пожирали и молодые, и старые листья, в то время как на обычном растении личинки избегали острых молодых листьев.
По словам исследователей, результаты исследования прежде всего предоставляют окончательные доказательства того, как растения оптимизируют свою защиту и оберегают следующее поколение. Однако результат также даёт новые знания, которые можно использовать для более осторожного контроля сельскохозяйственных вредителей, таких как африканская хлопковая совка (Spodoptera littoralis), одна из самых губительных для сельскохозяйственных культур гусениц бабочек.
«Новые знания можно использовать в других исследованиях, где пытаются усилить собственную защиту растений от вредителей, чтобы ограничить использование сельскохозяйственных пестицидов», — заключает Барбара Энн Халкир.