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植物は捕食者と戦うか:植物の防御機構について学ぶ

植物は捕食者と戦うか:植物の防御機構について学ぶ


投稿者:Tonya Barnett、(FRESHCUTKYの作者)

防衛機制は、知覚された脅威に関連する生物による自動応答です。 「戦うか逃げるか」などの防衛機制の例は、野生の哺乳類や他の動物について話し合うときに非常に一般的です。ただし、植物の防御機構も非常に興味深いものになる可能性があります。

それらの根付いた性質のために、外部からの攻撃を防ぐために植物がどのような対策を講じることができるか想像するのは難しいかもしれません。 「植物はどうやって自分自身を守るのか」とすぐに疑問に思う人もいるかもしれません。植物が脅威から身を守る方法について学ぶために読み続けてください。

植物はどのように捕食者と戦うのですか?

植物が自分自身を保護する方法は、場所、成長条件、および植物が攻撃される可能性のある捕食者によって大きく異なります。ほとんどの場合、損傷を回避し、植物が繁殖できるようにするために、植物の防御が必要です。

植物の防御機構に関しては、鹿などの大型の採餌動物からの圧力に適応するために、いくつかの植物が発達し、適応しています。野生動物が一般的に食べる植物は、棘や棘のように、動物が植物を消費するのを困難にする物理的構造を発達させることがよくあります。

大きな動物は、植物の茎や葉の長さに沿ったとげや大きなスパイクの存在によって抑止される可能性がありますが、他の植物はより特殊な構造を必要とする場合があります。厄介な害虫や昆虫によって消費される植物は、葉の成長構造の変更を必要とする場合があります。このいくつかの例には、小さな髪のような構造の成長を伴う葉、または硬くてワックス状の表面が含まれます。これらの構造は、昆虫が植物の葉に到達して餌を与えることをより困難にします。

化学プラントの防御機構も非常に一般的です。植物内での毒素の産生は、捕食者による消費を防ぐために非常に一般的です。他の植物は、攻撃の直接的な可能性がある場合にのみ化学物質を生産する可能性があります。これらの化学物質は、他の植物への危険を知らせるだけでなく、植物の生存を助けることができる益虫を引き付けることを含む、さまざまな目的を果たすことができます。

方法に関係なく、植物はその本来の地域内で成長するという圧力に適応してきました。私たち自身の園芸地帯に自生する植物を選ぶことによって、私たちは家の風景の中で昆虫によって与えられる損害の可能性を減らすのを助けることができます。

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植物には中枢神経系がなく、動物や人間と同じように痛みを感じることはまずありませんが、空腹の生き物が緑をむさぼり食うのを見たり、横になったりすることはありません。棘のある種もあれば、毒を積んだ種もあります。そして、恐ろしい悪臭を放ち、葉を折るなど、非常に興味深い能力を持っている人もいます。

奇妙であるが有用な防御機構を備えた植物のいくつかの例を次に示します。

関連項目:痛みを伴う事故が世界で唯一の毒カエルの発見につながる

ミモザプディカ

ミモザプディカ敏感な植物としても知られている、マメ科の忍び寄るハーブは、好奇心から育つことがよくあります。複葉は、触れたり振ったりすると、内側に折りたたまれて垂れ下がり、害から身を守る方法です。これにより、彼らは死んでいるように見え、したがって食欲をそそりません。彼らは数分後に再開します。

植物が受ける動きの種類は、 地震学、および動きは、細胞の特定の領域が膨圧を失うときに発生します。膨圧は、細胞液胞内の水によって細胞壁に加えられる力です。したがって、植物が乱されると、茎は化学物質を放出して細胞の液胞から水を押し出し、圧力の低下と細胞の崩壊を引き起こします。

理由は明らかではありません ミモザプディカ この特性を進化させましたが、多くの科学者は、植物が草食動物や危険な昆虫からの防御機構として収縮する能力を使用していると考えています。

ミモザプディカ また、人間がその根を乱すと、(一般的な身体機能に似た)悪臭を放つことでも知られています。

イラクサ

写真提供者:brewbooks / Flickr(CC BY-SA 2.0)

イラクサ(イラクサ)毛状突起と呼ばれる剛毛の毛皮を育てます。毛状突起は、空腹の捕食者から植物を保護する尖った構造です。毛状突起は、触れると先端が外れる皮下注射針のように機能し、ヒスタミン、アセチルコリン、セロトニン、および人間、動物、昆虫が触れると刺すような感覚を生み出すその他の化学物質を注入します。

いくつかの植物は、毛状突起が負った傷に毒を注入し、永久的な神経損傷または死を引き起こします。

ディフェンバキア

写真提供者:Fayes4Art / Flickr(CC BY 2.0)

すべての植物が表面に防御を身に付けているわけではありません。 「特発性芽細胞」は、特殊な化学物質を貯蔵する植物内の細胞であり、防御の第一線が破られたときに必要になります。

ディフェンバキア一般的な観葉植物であるは、とげのあるシュウ酸カルシウムの結晶を捕食者の口に発射し、爬虫類の毒と同様の酵素を放出する特発性芽植物を含んでいます。 ラフィド。これは麻痺や発話の喪失を引き起こす可能性があるため、植物の一般名は「ダムケーン」です。

拡声器アカシアの木

写真提供者:Feroze Omardeen / Flickr(CC BY 2.0)

いくつかの植物は、共生として知られているプロセスで彼らの汚い仕事をするために傭兵を雇います。拡声器アカシアの木(ナガホアリアカシア)家と餌の両方の攻撃的なアリ。アリは木の棘や棘の中に住み、植物が特別に作った食物を食べさせます。

アリは、動物、植物、菌類など、近くにあるすべてのものから木を悪意を持って防御します。それらは、木に近づきすぎる他の植物の葉を切り取ることが知られています。研究者がアリのコロニーを取り除いた実験では、木は死んでしまいました。


17完全に天才的な方法植物は攻撃を受けたときに自分自身を保護します

敵と戦うのに腕や脚は必要ありません。

動物は、差し迫った危険があるときに安全を保つための信じられないほどの生来の戦略を持っています。たとえば、スカンクは悪臭を放ち、ヤマアラシはクイルを立て、ミツバチは刺されます。しかし、植物はどうですか?哺乳類や両生類と同じように、彼らも攻撃を受ける生き物です。しかし、腕や脚がなければ、植物は自己防衛に関して巧妙にならなければなりません。植物が自分自身を守るために使用する最も奇妙で天才的な戦術のいくつかをまとめました。

ミモザプディカ敏感な植物としてよく知られている、捕食者から身を守ることに関しては、非常に狡猾で創造的です。植物が何らかの方法で動かされると、それは葉を内側に折り畳み、垂れ下がって死んでいるように見え、したがって口に合わないように見えます。

イラクサ、または一般的なイラクサは、その毛状突起、別名刺すような毛によって定義される顕花植物の一種です。植物の葉と茎にあるこれらの中空の毛は、何かが近づきすぎると針のように機能します。

接触すると、刺すような毛はヒスタミンや他の化学物質を注入して、灼熱の刺すような感覚を誘発します。

あなたはの防衛機制を見ることができないかもしれません ディフェンバキア、またはダム杖、しかし彼らはそこにいます。植物の葉の中にはシュウ酸カルシウムの結晶があります。放出されると、結晶はと呼ばれる毒酵素を供給します ラフィド、摂取すると、麻痺から言語障害まですべてを引き起こす可能性があります。

これらの症状は、観葉植物の一般名の由来です。それはまた理由です ディフェンバキア 陽気に義母の舌と呼ばれています。

ナガホアリアカシア、またはブルホーンアカシアの木は、攻撃的なアリに彼らのために汚い仕事をさせます。この関係(本質的に片利共生として知られているものの代表的な例)では、両方の当事者が勝ちます。アリは脅威をもたらすものから木を守り、アリは住む場所と食べる食べ物の両方を手に入れます。

植物は口頭での合図なしでコミュニケーションをとることができます。音を使用する代わりに、揮発性有機化合物(VOC)を大気中に放出して、脅威が近くにあることを近隣の植物に警告します。

害虫が鳥を食べているときに鳥の助けを借りる植物のいくつかの種類があります。

これらのシナリオでは、植物はVOCを放出し、攻撃を受けていることを知らせます。それに応じて、鳥がやって来て害虫を消費します。別のwin-win!

リンゴ、ほうれん草、ライマメなどの一般的な食品を含む何千もの植物は、人間以外の他の種にも有毒です。

これは、これらの植物がシアン化水素化合物を生成し、シアン化水素と呼ばれるプロセスを介して糖または脂肪分子のいずれかに付着するためです。それらは必要になるまで、つまり昆虫がそれらを食べようとするときまで、植物に保存されたままです。その時点で、植物はシアン化水素を放出し、最終的に呼吸が止まるまで昆虫を窒息させます。自然は残忍です。

ジギタリスプルプレア、またはキツネノテブクロは、それが美しいのと同じくらい危険です。活気のある植生には、ジギトキシンとして知られる強力な毒素が含まれています。人間と昆虫の両方にとって、この植物の任意の部分を消費すると、心不全につながる可能性があります。

米国農務省の調査によると、トウモロコシは攻撃を受けると「葉から揮発性化学物質を放出」し、「一種の遭難信号として…ハチを誘引する」とのことです。

ハチは、いわば電話を受けると、トウモロコシの植物に群がり、それを食べることで脅威を排除します。あなたはそれらを愛していないかもしれませんが、ハチはあなたのトウモロコシ植物を良くします。

植物が生き残るために他の植物から身を守らなければならない特定の状況があります。

たとえば、黒クルミの木は、近くで別の植物が成長し始めていることを感知すると、初心者がその資源を盗まないように行動を起こします。その結果、黒クルミの木の根は、その侵入者を殺すためにジュグロンと呼ばれる毒素を放出します。

害虫を撃退するために、特定の植物はそれらを食欲をそそらない味にする物質を放出します。

アプローチは微妙ですが、いくつかの野蛮な結果につながります。研究者は、これが発生すると、バグは共食いに訴えるだけであることを発見しました。

リトープス、または小石の植物は、安全を保つために周囲を利用します。これらの多肉植物は岩のように見えるので、実際の石に溶け込み、食べられた殴打を避けることができます。天才!

蜜をインセンティブのように考えてください。基本的に、植物はこの甘い物質を使用して、草食動物を追い払うことができるミツバチやガなどの動物を誘惑します。

引き換えに、受粉する動物は栄養素を手に入れます。相互に有益な植物-花粉交配者の状況のちょうど別の例。

動物のように、いくつかの植物は自分自身をカモフラージュする方法を考え出しました。

取る キケマンhemidicentra、 例えば。ジャーナルに掲載された1つの研究ごと エコロジーと進化のトレンド、この植物は、捕食者を避けるために、周囲の魅力のない要素のように見えるようにすることができます。

「この種の異なる個体群は、場所によって異なって見えます」と言います ヤン・ニウ博士 昆明植物学研究所の。それはどれくらいクールですか?

砂漠の植物に感じるワックス状の覆いは、水分を保持するだけではありません。この層は昆​​虫が食べにくいため、植物が破壊されるのを防ぎます。

クルミの殻を噛むことを想像してみてください。痛そうですね。まあ、それは基本的に昆虫が葉を食べようとしたときに経験することです インガエデュリス 木。

これらの葉は、次のような特定の昆虫を引き付ける真菌が成長する傾向があります アッタセファロテス (ハキリアリ族)。しかし、虫は、硬い殻で覆われた葉を運試しするよりもよく知っています。

特定の植物(トウワタなど)の維管束組織の内部には、ラテックス液を含む複雑なチャネルのネットワークがあります。チャンネルが壊れたとき(たとえば、昆虫が葉を食べたときなど)、食い止めようとしているものをトラップするために樹液が放出されます。

本質的に、この防御機構は、絹ではなくグーで作られていることを除けば、蜘蛛の巣に似ています。

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物理的防御

世界の植物の信じられないほどの物理的多様性を考えると、それらの物理的防御機構が等しく印象的で多様であることは当然のことです。とげ、棘、棘は、最も一般的で認識可能な3つの物理的防御の形態であり、多くの人がそれらを間違えるかもしれませんが、それらは明らかに独特です。とげは本質的に鋭利な枝または小枝ですが、とげは植物の表皮からの実際の成長であり、とげよりも小さな防御兵器として意図的に設計されています。最後に、ほとんどの人がサボテンから認識する棘があります。これらの棘は最初の2つの例とは異なり、さらに鋭くなり、しばしば微視的に細かい点まで細くなり、植物の体に日陰を提供するため、とげや棘よりも幅が広くなったり大きくなったりする可能性があります。

これらの物理的な適応はすべて、一般的な大型の捕食者が果物や花を降ろしたり消費したりするのを防ぎ、それらの必須の種子や花粉の分散機を安全に歓迎するなど、多くのことに合わせて特別に調整されています。サイズと機能の違いはわずかに見えるかもしれませんが、それらがそれらの別々の機能を進化させるのに何百万年もかかったので、すべてが目的を持っています(突然変異の観点からは偶然ですが)。

毛状突起など、一部の植物の物理的防御は、捕食者と人間の両方にとって見づらいものです。毛状突起は、露出した皮膚を磨く場所に痛みを伴う刺し傷を残す本質的に鋭い毛皮です。この不快感の理由は、穏やかな接触にもかかわらず、末梢腺が微量の毒素と毒を同じ傷に注入するためです。これは、毛の毛皮がプロセス全体に与えたのと同じ数ミリ秒かかる場合があります。

他のいくつかの植物、特にシダのいくつかの種は、わずかな物理的接触で閉じて、葉を食いしばって保護し、まるで死んでいるか病気であるかのように低くぶら下がることができます。これにより、植物の魅力が低下し、脅威がなくなるまでそれ以上の捕食を回避するのに役立つことがよくあります。脅威が過ぎると、葉が再び開き、日光の下で再び繁栄します。

ただし、これらの局所的な防御は、食虫植物、ドロセラ、ハエトリグサなどの特定の食虫植物の物理的に移動する性質と比較して何もありませんが、これらの魅力的で攻撃的な植物に入るのはこの記事の範囲を超えています。私が最後に言うことは、それらの植物は 何でも しかし無力であり、自然界で最も魅力的な適応のいくつかを持っています。


略奪的なクサカゲロウは、獲物が植物の防御を解毒するかどうかを気にしません

機構。 (eLife、2019年12月、doi:10.7554 / eLife.51029)害虫。コナガの自然な拮抗薬としても使用されるクサカゲロウの捕食者は、獲物と一緒に消費する植物の化学的防御を無害化することができます。クレジット:Anna Schroll

植物の化学的防御は、草食動物の成長と発達に影響を与えるだけでなく、間接的に、食物連鎖の次の消費者にも影響を及ぼします。新しい研究は、草食動物とその捕食者が有毒な植物の二次代謝産物に対処するための効率的な戦略を進化させたことを示しています。コナガの幼虫は、特定の腸酵素を展開して、宿主植物の有毒物質を無害にします。この酵素の活性がないと、成長、生存、生殖が損なわれます。それにもかかわらず、捕食性のクサカゲロウの幼虫は、独自の解毒メカニズムを持っているため、深刻な悪影響を与えることなく、毒された毛虫を食べます。研究成果はジャーナルに掲載されています eLife.

草食動物は、植物をうまく摂食するために、植物が自らを守るために生成する化学物質を克服する必要があります。これらの防御化合物の1つのグループは、キャベツ、ブロッコリー、西洋わさびを含むすべての種類のアブラナ科野菜だけでなく、モデル植物のシロイヌナズナによっても生成されるグルコシノレートです。グルコシノレートは簡単に有毒なイソチオシアネートに変換されます。一部の草食動物は、イソチオシアネートの形成を防ぐメカニズムを展開しています。その中には、キャベツと関連する植物種を専門とする主要な農業害虫であるコナガPlutellaxylostellaがあります。繰り返しの大量発生により、この草食動物は世界中で経済的に重要な野菜の害虫になっています。

ドイツのイエナにあるマックスプランク化学生態学研究所の生化学部門とインドのプネにあるインド科学教育研究研究所の科学者グループは、グルコシノレートの酵素的変換が実際に害虫の成長、生存、繁殖に不可欠な解毒メカニズム。さらに、コナガの幼虫は、クサカゲロウの幼虫などの他の昆虫によって消費されるため、食物連鎖の一部です。アミメカゲロウの幼虫は、さまざまな種類の昆虫の獲物を食べる貪欲な捕食者です。このため、それらは生物的害虫駆除の有益な生物としても使用されます。したがって、科学者たちは、草食動物のグルコシノレートが捕食者にどのように影響するかを知りたがっていました。

RuoSunとDanielGiddingsVassãoは、シロイヌナズナの植物で、コナガの幼虫である害虫を探します。クレジット:Anna Schroll

最初に、研究者たちは、アブラナ科の植物を食べるコナガの幼虫が、より多くの特定の解毒酵素を生成することを示しました。しかし、酵素を生成できなくなった幼虫は、葉にグルコシノレートを生成する植物を食べていると、明らかに発育が損なわれました。成長が低下し、生存率が低下し、子孫が少なくなりました。化学分析により、これらの毛虫には大量の有毒なイソチオシアネートが含まれていることが明らかになりました。

科学者にとって、この発見は、酵素による解毒がコナガの生存に不可欠であることを証明しました。しかし、プネのパートナー研究所のSagarPanditとの研究を主導した生化学部門のグループリーダーであるDanielGiddingsVassãoは、酵素の形成は昆虫にとってコストがかかることも指摘しています。毛虫のパフォーマンスを向上させるには、この利点にはコストが伴います。昆虫は、グルコシノレートをまったく含まない植物ではるかに優れたパフォーマンスを発揮します。植物防御の生態は非常に複雑です。草食動物が植物防御化合物を無害化するための巧妙な化学反応を開発した場合でも、解毒が昆虫資源を枯渇させる限り、植物は化学的防御を生み出し続けるかもしれません。」

科学者たちは、コナガの幼虫が植物の防御にどのように対処するかだけでなく、植物の防御化合物が食物連鎖の次のレベル、つまりこれらの幼虫を食べる捕食性昆虫に影響を与えるかどうかも知りたがっていました。 「コナガの幼虫のグルコシノレートの化学変換をブロックすると、捕食性のクサカゲロウに悪影響を与えると考えました。しかし、驚いたことに、そのような毛虫に餌を与えても、クサカゲロウはほとんど悪影響を受けませんでした」とRuoSunはコメントしました。研究の最初の著者。

レースウィングの幼虫がグルコシノレートを解毒できる毛虫を食べても、毒性の高いイソチオシアネートを含む毛虫を食べても、ほとんど違いはありません。しかし、レースウィングの幼虫は、有毒な毛虫を完全に食べた場合、成長が少し遅くなります。獲物の選択を変えないでください。さらなる調査により、クサカゲロウの幼虫は、コナガの幼虫とは異なる解毒メカニズムを展開しているものの、イソチオシアネートを無害にすることもできることが明らかになりました。

生化学部門のディレクターであるジョナサン・ゲルシェンゾンによると、この経済的に重要な害虫と戦うための可能な戦略に関しても、この結果は興味深いものです。植物はこれらの防御を化学的に代謝する能力に依存します一方、コナガのジェネラリスト捕食者である一般的な緑色のクサカゲロウもグルコシノレートを代謝しますが、方法は異なります。したがって、コナガを制御するための将来の取り組みでは、統合された害虫駆除戦略を採用する可能性があります:コナガの無害化を妨害すると同時に、草食動物に無害化システムがなくても影響を受けないクサカゲロウなどの捕食者を配備します。」


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