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¿Las plantas luchan contra los depredadores? Aprenda sobre los mecanismos de defensa de las plantas

¿Las plantas luchan contra los depredadores? Aprenda sobre los mecanismos de defensa de las plantas


Por: Tonya Barnett, (Autor de FRESHCUTKY)

Los mecanismos de defensa son la respuesta automática de un organismo en relación con una amenaza percibida. Los ejemplos de mecanismos de defensa, como "luchar o huir", son muy comunes cuando se habla de mamíferos y otros animales en la naturaleza. Sin embargo, los mecanismos de defensa de las plantas también pueden ser bastante interesantes.

Debido a su naturaleza enraizada, puede ser difícil imaginar qué medidas pueden tomar las plantas para prevenir ataques externos. Uno puede rápidamente comenzar a preguntarse: "¿Cómo se defiende una planta?" Siga leyendo para aprender sobre las formas en que las plantas se protegen de las amenazas.

¿Cómo luchan las plantas contra los depredadores?

Las formas en que las plantas se protegen varían ampliamente según la ubicación, las condiciones de crecimiento y los depredadores que pueden atacar a la planta. En la mayoría de los casos, las defensas de las plantas son necesarias para evitar daños, así como para asegurar que la planta pueda reproducirse.

En lo que respecta a los mecanismos de defensa de las plantas, algunas plantas se han desarrollado y adaptado para adaptarse a la presión de los animales más grandes que se alimentan, como los ciervos. Las plantas que comúnmente comen los animales salvajes a menudo desarrollan estructuras físicas que dificultan que el animal consuma la planta, como espinas o espinas.

Si bien los animales más grandes pueden verse disuadidos por la presencia de espinas o picos grandes a lo largo de los tallos y hojas de las plantas, otras plantas pueden necesitar estructuras más especializadas. Las plantas que son consumidas por plagas o insectos problemáticos pueden requerir la modificación de las estructuras de crecimiento de las hojas. Algunos ejemplos de esto incluyen hojas con el crecimiento de estructuras diminutas parecidas a pelos o superficies duras y cerosas. Estas estructuras dificultan que los insectos alcancen y se alimenten de las hojas de la planta.

Los mecanismos de defensa de las plantas químicas también son muy comunes. La producción de toxinas dentro de las plantas es muy común para evitar ser consumidas por depredadores. Otras plantas pueden producir productos químicos solo cuando existe una posibilidad directa de ataque. Estos productos químicos pueden servir para varios propósitos, incluido señalar el peligro a otras plantas, así como atraer insectos beneficiosos que pueden ayudar a la supervivencia de la planta.

Independientemente del método, las plantas se han adaptado a las presiones del crecimiento dentro de sus regiones nativas. Al elegir plantas nativas de nuestras propias zonas de jardinería, podemos ayudar a reducir la posibilidad de daños causados ​​por insectos en el paisaje de la casa.

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Aunque las plantas no tienen un sistema nervioso central y es poco probable que puedan sentir dolor de la misma manera que los animales y los humanos, no se quedan de brazos cruzados y miran cómo las criaturas hambrientas mastican su vegetación: se protegen a sí mismas. Algunas especies tienen espinas, mientras que otras están cargadas de veneno. Y algunos tienen habilidades muy interesantes como emitir un hedor horrible y doblar sus hojas.

Aquí hay algunos ejemplos de plantas con mecanismos de defensa extraños, pero útiles:

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Mimosa Pudica

Mimosa pudica, también conocida como la planta sensible, es una hierba rastrera de la familia de los guisantes, Fabaceae, que a menudo se cultiva por curiosidad: las hojas compuestas se pliegan hacia adentro y se caen cuando se tocan o sacuden, una forma de defenderse del daño. Esto los hace parecer muertos y, por lo tanto, poco apetitosos. Vuelven a abrir unos minutos más tarde.

Los tipos de movimiento que experimenta la planta se denominan seismonástico, y los movimientos ocurren cuando regiones específicas de las células pierden presión de turgencia, que es la fuerza que el agua aplica sobre la pared celular dentro de las vacuolas celulares. Entonces, cuando se altera la planta, los tallos liberan sustancias químicas que obligan al agua a salir de las vacuolas celulares, lo que provoca una pérdida de presión y el colapso celular.

No está claro por qué Mimosa pudica evolucionó este rasgo, pero muchos científicos piensan que la planta usa la capacidad de encogerse como mecanismo de defensa de los herbívoros y los insectos peligrosos.

Mimosa pudica también es conocido por emitir un olor nauseabundo (similar a una función corporal común) cuando los humanos alteran sus raíces.

Ortiga

Crédito de la foto: brewbooks / Flickr (CC BY-SA 2.0)

Ortigas (Urtica dioica) crecen un pelaje erizado llamado tricomas, que son estructuras puntiagudas que protegen a la planta de los depredadores hambrientos. Los tricomas actúan como agujas hipodérmicas cuyas puntas se desprenden al tocarlas, inyectando histamina, acetilcolina, serotonina y otras sustancias químicas que producen una sensación de escozor cuando son tocadas por humanos, animales o insectos.

Algunas de las plantas incluso inyectan veneno en las heridas infligidas por los tricomas, causando daño permanente a los nervios o la muerte.

Bastón tonto

Crédito de la foto: Fayes4Art / Flickr (CC BY 2.0)

No todas las plantas usan sus defensas en la superficie. Los "idioblastos" son células dentro de la planta que almacenan sustancias químicas especializadas y son necesarias cuando se ha traspasado la primera línea de defensa.

Dieffenbachia, una planta de interior común, contiene idioblastos que disparan cristales de oxalato de calcio con púas en la boca de los depredadores y luego liberan una enzima similar al veneno de reptil conocida como raphides. Esto puede causar parálisis y pérdida del habla, de ahí el nombre común de la planta, "caña muda".

Árbol de acacia megáfono

Crédito de la foto: Feroze Omardeen / Flickr (CC BY 2.0)

Algunas plantas contratan mercenarios para hacer el trabajo sucio en un proceso conocido como comensalismo. Árboles de acacia megáfono (Vachellia cornigera) alojan y alimentan a las hormigas agresivas. Las hormigas habitan dentro de las espinas estipuladas de los árboles, o espinas, y se alimentan de los cuerpos alimenticios producidos especialmente para ellas por la planta.

Las hormigas defenderán ferozmente los árboles contra todo lo que se les acerque, incluidos animales, plantas y hongos. Incluso se sabe que cortan el follaje de cualquier otra planta que se acerque demasiado al árbol. En experimentos en los que los investigadores eliminaron las colonias de hormigas, los árboles murieron.


17 formas totalmente geniales en que las plantas se protegen a sí mismas cuando son atacadas

No necesitas brazos ni piernas para luchar contra los enemigos.

Los animales tienen estrategias innatas increíbles para mantenerse a salvo cuando existe un peligro inminente. Por ejemplo, las mofetas rocían un olor fétido, los puercoespines levantan sus púas y las abejas pican. Pero ¿qué pasa con las plantas? Al igual que los mamíferos y los anfibios, son seres vivos que también son atacados. Pero sin brazos ni piernas, las plantas tienen que volverse astutas cuando se trata de autodefensa. Hemos reunido algunas de las tácticas más extrañas y geniales que utilizan las plantas para protegerse.

Mimosa pudica, más conocida como la planta sensible, es bastante astuta y creativa a la hora de protegerse de los depredadores. Cuando la planta se mueve de alguna manera, doblará sus hojas hacia adentro y se inclinará hacia abajo para parecer muerta y, por lo tanto, desagradable.

Urtica dioica, o ortiga común, es una especie de planta con flores definida por sus tricomas, también conocidos como pelos punzantes. Estos pelos huecos en las hojas y los tallos de la planta actúan como agujas cuando algo se acerca demasiado.

Al entrar en contacto, los pelos punzantes inyectan histamina y otras sustancias químicas para inducir una sensación punzante.

Es posible que no pueda ver los mecanismos de defensa de dieffenbachia, o el bastón tonto, pero están ahí. Dentro de las hojas de la planta hay cristales de oxalato de calcio. Cuando se liberan, los cristales liberan una enzima venenosa llamada raphides, que, cuando se ingiere, puede causar de todo, desde parálisis hasta trastornos del habla.

Estos síntomas son de donde la planta de interior obtiene su nombre común. También es por eso que dieffenbachia se le conoce de manera divertida como la lengua de la suegra.

Vachellia cornigera, o árboles Bullhorn Acacia, consigue que las hormigas agresivas hagan el trabajo sucio por ellas. En esta relación, un excelente ejemplo de lo que se conoce en la naturaleza como comensalismo, ambas partes ganan. Las hormigas protegen a los árboles contra cualquier cosa que represente una amenaza, y las hormigas obtienen un lugar para vivir y comida para comer a cambio.

Las plantas pueden comunicarse sin señales verbales. En lugar de utilizar el sonido, emiten compuestos orgánicos volátiles, o COV, al aire para advertir a las plantas vecinas que hay una amenaza cercana.

Hay algunos tipos de plantas que requieren la ayuda de las aves cuando las plagas se alimentan de ellas.

En estos escenarios, las plantas emitirán COV, lo que indica que están bajo ataque. En respuesta, las aves vendrán y consumirán las plagas. ¡Otro ganar-ganar!

Miles de plantas, incluidos alimentos comunes como manzanas, espinacas y habas, son venenosas para otras especies además de los humanos.

Esto se debe a que estas plantas producen compuestos de cianuro de hidrógeno, que se adhieren a las moléculas de azúcar o de grasa a través de un proceso llamado cianogénesis. Permanecen almacenados en la planta hasta que se necesitan, es decir, cuando los insectos intentan comérselos. En ese punto, las plantas liberan el cianuro de hidrógeno, lo que hace que los insectos se ahoguen hasta que finalmente dejen de respirar. La naturaleza es brutal.

Digitalis purpurea, o la dedalera, es tan peligrosa como hermosa. La vegetación vibrante contiene una potente toxina conocida como digitoxina. Tanto para los humanos como para los insectos, consumir cualquier parte de esta planta puede provocar insuficiencia cardíaca.

Cuando las plantas de maíz están bajo ataque, "liberan sustancias químicas volátiles de todas sus hojas" que "sirven como una especie de llamada de socorro ... para atraer avispas", según una investigación del Departamento de Agricultura de EE. UU.

Una vez que las avispas reciben la llamada, por así decirlo, acuden en masa a la planta de maíz y eliminan la amenaza comiéndola. Puede que no las ames, pero las avispas hacen bien a tus plantas de maíz.

Hay determinadas situaciones en las que las plantas deben defenderse de otras plantas para poder sobrevivir.

Cuando el nogal negro, por ejemplo, siente que otra planta está comenzando a crecer cerca, toma medidas para que el novato no robe sus recursos. Como resultado, las raíces del nogal negro emitirán una toxina llamada juglone para matar a ese intruso.

En un esfuerzo por repeler las plagas, ciertas plantas emitirán una sustancia que les hará tener un sabor poco apetitoso.

Si bien el enfoque es sutil, conduce a algunos resultados salvajes: los investigadores han descubierto que cuando esto sucede, los insectos simplemente recurrirán al canibalismo.

Lithops, o plantas de guijarros, aproveche su entorno para mantenerse a salvo. Debido a que estas suculentas parecen rocas, pueden mezclarse con piedras reales y evitar que se las coman. ¡Genio!

Piense en el néctar como un incentivo. Básicamente, las plantas usan esta dulce sustancia para atraer a animales como abejas y polillas que pueden alejar a los herbívoros.

A cambio, los animales polinizadores obtienen nutrientes. Otro ejemplo más de una situación entre plantas y polinizadores mutuamente beneficiosa.

Al igual que los animales, algunas plantas han descubierto cómo camuflarse.

Toma el Corydalis hemidicentra, por ejemplo. Según un estudio publicado en la revista Tendencias en ecología y evolución, esta planta es capaz de parecerse a los elementos desagradables de su entorno para evitar a sus depredadores.

"Las diferentes poblaciones de esta especie se ven diferentes en diferentes lugares", dice Dr. Yang Niu del Instituto de Botánica de Kunming y Exeter. ¿Cuan genial es eso?

Esa cubierta cerosa que se siente en las plantas del desierto no solo retiene la humedad. Esta capa también es difícil de comer para los insectos, lo que evita que las plantas se destruyan.

Imagínese mordiendo la cáscara de una nuez. Suena doloroso, ¿verdad? Bueno, eso es básicamente lo que experimentan los insectos cuando intentan comerse las hojas en un Inga edulis árbol.

Estas hojas son propensas al crecimiento de hongos, lo que atrae a ciertos insectos, como Atta cephalotes (hormigas que cultivan hongos). Pero los insectos saben que no deben probar suerte masticando hojas cubiertas de una cáscara dura.

Dentro de los tejidos vasculares de ciertas plantas (como algodoncillo) hay una intrincada red de canales con savia de látex. Cuando los canales se rompen, como, por ejemplo, cuando un insecto devora las hojas, la savia se libera para atrapar lo que esté tratando de devorar.

Esencialmente, este mecanismo de defensa es como una telaraña, excepto que está hecho de una sustancia pegajosa en lugar de seda.

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Defensas fisicas

Dada la increíble diversidad física de las plantas en el mundo, no sorprende que sus mecanismos de defensa física sean igualmente impresionantes y variados. Las espinas, las espinas y las espinas son las tres formas más comunes y reconocibles de defensas físicas, y aunque muchas personas pueden confundirlas, son claramente únicas. Las espinas son esencialmente ramas o ramitas afiladas, mientras que las espinas son crecimientos reales de la epidermis de la planta, diseñadas intencionalmente como armas defensivas más pequeñas que las espinas. Finalmente, hay espinas, que la mayoría de la gente reconocería de los cactus. Estas espinas difieren de los dos primeros ejemplos, ya que tienden a ser aún más afiladas, a menudo adelgazando hasta un punto microscópicamente fino, y pueden ser más anchas o más grandes que las espinas o las espinas, ya que también brindan sombra al cuerpo de la planta.

Todas estas adaptaciones físicas están diseñadas específicamente para una serie de cosas, incluida la prevención de que los depredadores comunes más grandes se posen o consuman las frutas / flores, y al mismo tiempo dan la bienvenida a los dispersores esenciales de semillas y polen de manera segura. Las diferencias de tamaño y función pueden parecer mínimas, pero les tomó millones de años desarrollar esas características separadas, por lo que todo tiene un propósito (aunque accidental, desde una perspectiva mutacional).

Algunas defensas físicas de las plantas son más difíciles de ver, tanto para los depredadores como para los humanos, como los tricomas, que son esencialmente un pelaje afilado que dejará un doloroso pinchazo donde roce la piel expuesta. La razón de esta incomodidad, a pesar del contacto suave, es que las glándulas periféricas inyectan trazas de toxina y veneno en la misma herida que infligió el pelaje erizado. Todo el proceso puede tomar solo milisegundos.

Algunas otras plantas, particularmente algunas especies de helechos, son capaces de cerrarse al menor contacto físico, apretando y protegiendo sus hojas, y colgando bajo, como si estuviera muriendo o enferma. Esto hace que la planta parezca menos atractiva, lo que a menudo la ayuda a evitar más depredaciones hasta que la amenaza haya pasado, cuando volverá a abrir sus hojas y florecerá a la luz del sol una vez más.

Sin embargo, estas defensas tópicas no son nada comparadas con la naturaleza físicamente móvil de ciertas plantas carnívoras, como la planta Pitcher, Drosera o Venus Flytrap, pero entrar en esas fascinantes y agresivas plantas está más allá del alcance de este artículo. Lo último que diré es que esas plantas son cualquier cosa pero indefenso, y tiene algunas de las adaptaciones más fascinantes del mundo natural.


A las crisopas depredadoras no les importa si su presa desintoxica las defensas de las plantas o no

mecanismo. (eLife, diciembre de 2019, doi: 10.7554 / eLife.51029) En un dominio absoluto: la larva de la crisopa verde común (Chrysoperla carnea, a la derecha) está atacando a la oruga de una polilla de espalda de diamante (Plutella xylostella), una col de todo el mundo parásito. Los depredadores de crisopa, que también se utilizan como antagonistas naturales de la polilla del lomo de diamante, pueden desintoxicar con éxito las defensas químicas de las plantas que consumen con sus presas. Crédito: Anna Schroll

Las defensas químicas de las plantas no solo afectan el crecimiento y desarrollo de los herbívoros, sino también, indirectamente, a los próximos consumidores en la cadena alimentaria. Un nuevo estudio muestra que los herbívoros y sus depredadores han desarrollado estrategias eficientes para lidiar con los metabolitos secundarios de las plantas tóxicas. Las orugas de la polilla del lomo de diamante despliegan una enzima intestinal específica para hacer inofensivas las sustancias tóxicas de su planta huésped. Sin la actividad de esta enzima, el crecimiento, la supervivencia y la reproducción se ven afectados. Sin embargo, las larvas de crisopas depredadoras se alimentan de orugas envenenadas sin serias consecuencias negativas, porque tienen su propio mecanismo de desintoxicación. Los resultados de la investigación se publican en la revista. eLife.

Para alimentarse con éxito de una planta, los herbívoros necesitan superar las sustancias químicas que produce la planta para defenderse. Un grupo de estos compuestos defensivos son los glucosinolatos, que son producidos por todas las especies de vegetales crucíferos, incluido el repollo, el brócoli y el rábano picante, pero también por la planta modelo Arabidopsis thaliana. Los glucosinolatos se convierten fácilmente en isotiocianatos tóxicos. Algunos herbívoros despliegan mecanismos para prevenir la formación de isotiocianatos. Entre ellos se encuentra la polilla de espalda de diamante Plutella xylostella, una importante plaga agrícola que se especializa en el repollo y especies de plantas relacionadas. Los repetidos brotes masivos han convertido a este herbívoro en una plaga de hortalizas económicamente importante en todo el mundo.

Un grupo de científicos del Departamento de Bioquímica del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, y del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica en Pune, India, querían averiguar si la transformación enzimática de los glucosinolatos es de hecho una Mecanismo de desintoxicación que es crucial para el crecimiento, supervivencia y reproducción del insecto plaga. Además, las orugas de la polilla del dorso de diamante forman parte de una cadena alimentaria porque son consumidas por otros insectos, como las larvas de crisopa. Las larvas de crisopa son depredadores voraces que se alimentan de muchos tipos diferentes de presas de insectos. Por esta razón, también se utilizan como organismos beneficiosos en el control biológico de plagas. Por lo tanto, los científicos querían saber cómo los glucosinolatos en los herbívoros afectarían a sus depredadores.

Ruo Sun y Daniel Giddings Vassão buscan una planta de Arabidopsis en busca de insectos plaga, las orugas de la polilla del lomo de diamante. Crédito: Anna Schroll

Primero, los investigadores demostraron que las larvas de la polilla del dorso de diamante que se alimentan de plantas crucíferas producen más de una enzima de desintoxicación específica. Sin embargo, las larvas que ya no podían producir la enzima se vieron claramente afectadas en su desarrollo cuando se alimentaban de plantas que producían glucosinolatos en sus hojas: su crecimiento disminuyó, su tasa de supervivencia fue menor y tuvieron menos crías. El análisis químico reveló que estas orugas contenían grandes cantidades de isotiocianatos venenosos.

Para los científicos, este descubrimiento demostró que la desintoxicación enzimática es crucial para la supervivencia de la polilla del dorso de diamante. Sin embargo, Daniel Giddings Vassão, líder de grupo en el Departamento de Bioquímica que dirigió el estudio con Sagar Pandit del instituto asociado en Pune, también señala que la formación de la enzima es costosa para los insectos: "Aunque la presencia de la enzima significativamente aumenta el rendimiento de las orugas, este beneficio tiene un costo. Los insectos se desempeñan mucho mejor en las plantas sin ningún glucosinolato. La ecología de las defensas de las plantas es muy compleja. Incluso cuando un herbívoro ha desarrollado una inteligente reacción química para desintoxicar un compuesto de defensa de las plantas, la planta puede continuar produciendo defensas químicas mientras la desintoxicación agote los recursos de insectos ".

Los científicos no solo querían saber cómo las orugas de la polilla del lomo de diamante manejan las defensas de las plantas, sino también si los compuestos defensivos de las plantas afectan el siguiente nivel de la cadena alimentaria, es decir, los insectos depredadores que se alimentan de estas orugas. "Pensamos que bloquear la transformación química de los glucosinolatos en las orugas de la polilla del dorso de diamante tendría un impacto desfavorable en las crisopas depredadoras. Sin embargo, para nuestra sorpresa, encontramos que las crisopas casi no sufrían efectos negativos cuando se alimentaban de tales orugas", comentó Ruo Sun, el primer autor del estudio.

Si las larvas de crisopa se alimentan de orugas que pueden desintoxicar los glucosinolatos o de orugas que contienen isotiocianatos altamente tóxicos, apenas hay diferencia: las larvas de crisopa crecen un poco más lentamente cuando se alimentan completamente de orugas venenosas, sin embargo, esto no tiene ningún impacto en su aptitud y sí lo hace. no cambiar su elección de presa. Investigaciones posteriores revelaron que las larvas de crisopa también pueden hacer que los isotiocianatos sean inofensivos, aunque despliegan un mecanismo de desintoxicación diferente al de las larvas de la polilla del dorso de diamante.

Los resultados también son de interés con respecto a las posibles estrategias para combatir esta plaga de importancia económica, según Jonathan Gershenzon, director del Departamento de Bioquímica: "Nuestro estudio muestra que la capacidad de la polilla del dorso de diamante para sobrevivir y desarrollarse con éxito en plantas depende de su capacidad para metabolizar químicamente estas defensas. Mientras tanto, la crisopa verde común, un depredador generalista de la polilla del diamante, también metaboliza los glucosinolatos, pero de una manera diferente. Por lo tanto, los esfuerzos futuros para controlar la polilla del diamante podrían emplear una estrategia integrada de control de plagas : interferir con la desintoxicación de la polilla del dorso de diamante y al mismo tiempo desplegar depredadores, como las crisopas, que no se ven afectados incluso si el herbívoro carece de un sistema de desintoxicación ".


Ver el vídeo: QUÉ SON LOS MECANISMOS DE DEFENSA? por PsicoVlog