Com es defensen les plantes de les criatures que mengen arrels?
Open PDF in new window.
Axel J. Touw 1, 2 iNicole M. van Dam1,2
1Molecular Interaction Ecology, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Halle-Jena-Leipzig, Leipzig, Germany2Friedrich Schiller University Jena, Germany
El món subterrani està ple de criatures que depenen de les plantes com a font d’aliment. Els herbívors subterranis, o animals que mengen plantes, s’alimenten d’arrels i poden causar danys considerables. Les arrels són molt importants perquè ajuden les plantes a absorbir aigua i nutrients del sòl. Aquests són recursos essencials que les plantes necessiten per al seu creixement. Per protegir les seves arrels, les plantes produeixen defenses químiques. La producció d’aquestes defenses és costosa perquè els nutrients i l’energia utilitzats per crear-les no es poden destinar al creixement ni a la producció de flors i llavors. Per tant, les plantes han de ser eficients amb les seves defenses. Els científics estan molt interessats a entendre com les plantes es defensen de manera eficient, ja que això pot ajudar-nos a desenvolupar maneres més respectuoses amb el medi ambient de cultivar fruites i verdures. En aquest article, expliquem com les plantes es defensen de manera eficient i com les defenses vegetals afecten els herbívors del sòl.
LES PLANTES: SOBREVIVINT EN UN MÓN PERILLÓS
Les plantes són una font d’aliment important per a moltes criatures, incloent-hi els humans. Els herbívors, o animals que mengen plantes, poden ser mamífers grans com vaques, ovelles o cavalls, però la majoria són en realitat molt més petits, com erugues o àfids (Figura 1). Com que aquests petits herbívors sovint es troben en grans quantitats, poden causar molts danys. Els insectes, per exemple, són el grup d’animals més divers de la Terra. Hi ha aproximadament un milió d’espècies d’insectes coneguts, de les quals aproximadament la meitat són herbívors. En comparació, només hi ha unes 5.500 espècies de mamífers a la Terra. A més dels grans i petits herbívors a la superfície, també n’hi ha molts que viuen sota terra. El sòl està ple de molts tipus d’herbívors que s’alimenten d’arrels de plantes, com larves d’insectes, petits cucs anomenats nematodes, i criatures semblants a aranyes anomenades àcars (Figura 1).
Hi sol haver un gran nombre d’herbívors al sòl, igual que a la superfície. Per exemple, hi ha 30.000 espècies de nematodes conegudes, de les quals aproximadament el 10% són herbívors. Una sola femella de nematode pot produir fins a 200 ous. Això significa que una sola planta pot ser atacada per milers de nematodes al mateix temps. Els insectes rosegadors són un altre perill. Poden rosegar el sistema de transport d’aigua de les arrels de les plantes, cosa que pot fer que les fulles caiguin i que la planta mori per falta d’aigua.
COM ES DEFENSEN LES PLANTES?
Amb tantes criatures intentant atacar-les, és fàcil d’imaginar que les plantes tenen dificultats per sobreviure. Com que les plantes no poden fugir dels seus atacants, han hagut d’evolucionar maneres de defensar-se. Les plantes han desenvolupat diverses defenses contra els herbívors [1]. Algunes defenses vegetals són fàcils de veure, com les espines d’una rosa, els pèls a la fulla d’una ortiga, o la pela gruixuda de les remolatxes. D’altres defenses, com les químiques, són menys visibles. Cada planta produeix milers de substàncies químiques diferents, totes implicades en processos essencials. Alguns substàncies, com els sucres, proporcionen energia a la planta. Altres grups de substàncies químiques ajuden a defensar les plantes contra els atacs. Aquestes defenses químiques poden fer que la planta tingui mal gust, evitant així que els herbívors en mengin els teixits. En alguns casos, les substàncies químiques poden fins i tot ser tòxiques. Les defenses químiques també poden afectar els humans. Hi ha moltes plantes que et farien trobar molt malament si te les mengessis, com les baies de la belladona. Algunes plantes, com la heura metzinosa o el julivert gegant, poden provocar-te erupcions i fins i tot cremades si les toques. Tot i així, la majoria de les defenses químiques no són tan greus. De fet, és molt probable que hagis estat exposat a les defenses químiques de les plantes.
Ens hem acostumat a que ens agradi el gust d’alguns de les substàncies químiques que les plantes produeixen. Has posat mai mostassa a la teva salsitxa de Frankfurt, o has gaudit d’un bon curri indi amb llavors de mostassa? El sabor picant i amarg de la mostassa és causat per substàncies de defensa anomenades glucosinolats. A la natura, els glucosinolats ajuden les plantes a defensar-se contra insectes, fongs i bacteris. La cafeïna del cafè, que ajuda les persones a despertar al matí, no és produïda pels arbres de cafè per agradar als humans. En realitat, els arbres de cafè produeixen cafeïna per protegir les seves llavors (els grans de cafè) dels atacs d’insectes. La cafeïna no només dona el gust amarg als grans de cafè, sinó que també pot paralitzar o matar els insectes que intenten alimentar-se’n.
Aquests exemples mostren que les defenses químiques són una manera eficaç perquè les plantes es protegeixin dels herbívors. Tot i així, la majoria de les plantes no estan completament defensades per aquests químics. Si observes bé les plantes que tens al voltant, notaràs que moltes presenten algun dany, com forats a les fulles. Això és perquè la producció de defenses químiques té un cost. Les plantes no només han de preocupar-se de defensar-se, sinó que també han de destinar energia al creixement, a la producció de flors i a la creació de llavors. Per tant, l’energia que les plantes poden destinar a la producció de defenses és limitada. Les plantes han de fer un ús eficient d’aquesta quantitat limitada d’energia.
COM ES DEFENSEN LES PLANTES DE MANERA EFICIENT?
Els fòssils de fulles danyades per herbívors mostren que les plantes i els herbívors han viscut junts a la Terra durant més de 400 milions d’anys. Durant aquest temps, les plantes han desenvolupat diverses maneres de produir defenses de manera eficient. Una manera és produir defenses només quan és necessari, per exemple, quan els insectes comencen a menjar-les [2]. Produint només defenses quan estan sent atacades, les plantes estalvien energia quan no hi ha perills presents. L’inconvenient d’aquesta estratègia és que la producció de defenses només començarà després que l’herbívor comenci a menjar. Com que la producció de defenses necessita temps, la planta pot patir danys importants abans que l’herbívor marxi o mori.
Una altra estratègia és tenir sempre algunes defenses disponibles, però en quantitats limitades. En aquest cas, la planta mou la majoria de les seves defenses cap a les parts de la planta més importants per a la seva supervivència i les més vulnerables als atacs d’herbívors [3]. Això seria com defensar un castell posant els soldats a la muralla exterior, on es produiria el primer atac i on el castell és més vulnerable. És clar que el tresor dins del castell també seria ben protegit, ja que és el més valuós. A la superfície, les parts de la planta més valuoses inclouen les fulles joves, les flors i les llavors que juguen un paper essencial en la producció d’energia o en la producció de la següent generació de plantes.
Sota terra, diverses parts del sistema radicular també tenen valors diferents. Les arrels de plantes com el tomàquet o la col estan formats per tres parts: l’arrel principal, les arrels laterals i les arrels fines (Figura 2). Les arrels laterals i fines ajuden la planta a absorbir nutrients valuosos del sòl i aigua. L’arrel principal és la que recull tota l’aigua i els nutrients absorbits per les arrels laterals i fines i els distribueix a les parts superiors.
Simultàniament, els sucres i altres substàncies produïdes a les fulles es desplacen cap a l’arrel principal en l’altra direcció. El paper important de l’arrel principal en el transport de nutrients i aigua la fa una part essencial del sistema radicular. Quan els herbívors danyen l’arrel principal, les rutes de transport essencials es trenquen i la planta mor. En plantes com les remolatxes, l’arrel principal emmagatzema energia en forma de sucre. Això seria com el tresor al castell. Per tant, l’arrel principal es considera la part més valuosa de les arrels i és la més defensada, seguida de les arrels laterals i fines [4] (Figura 2).
COM AFECTEN LES DEFENSES VEGETALS ALS HERBÍVORS DEL SÒL?
Els herbívors decideixen quina part de l’arrel menjar basant-se tant en el seu valor nutritiu com en la manera com està defensada [5]. La majoria d’herbívors preferirien alimentar-se de l’arrel principal, ja que és la part més nutritiva del sistema radicular. No obstant això, com s’ha mencionat anteriorment, l’arrel principal també és la part més defensada. No tots els herbívors poden superar aquestes defenses químiques. Alguns herbívors, com les larves de la mosca de l’arrel de la col, poden desactivar les defenses químiques i alimentar-se de l’arrel principal [4]. Altres herbívors, com les larves de l’escarabat de Sant Joan, no poden afrontar els alts nivells de defensa de l’arrel principal i, per tant, mengen les arrels laterals i fines (Figura 2). La distribució de les defenses químiques a través del sistema radicular i la capacitat dels herbívors per superar aquestes defenses poden, per tant, influir on es poden trobar els herbívors al sòl.
COM PODEN UTILITZAR ELS CIENTÍFICS AQUEST CONEIXEMENT?
El coneixement obtingut estudiant els sistemes de defensa de les plantes ens ajuda a entendre com les plantes interactuen amb els herbívors i altres animals en els seus entorns. A més, saber com les plantes es defensen pot ajudar-nos a desenvolupar maneres de cultivar conreus més respectuoses amb el medi ambient. La** millora vegetal** pot crear noves varietats de cultius, com plantes amb colors més bonics, sabors més interessants o fruits més grans. De manera semblant, es poden crear cultius amb més defenses contra els atacants. Per fer-ho, hem de comprendre com les plantes produeixen defenses i contra quins atacants aquestes defenses són efectives. Els científics que estudien les defenses vegetals mitjançant experiments de laboratori i estudis de camp recullen aquest tipus d’informació. Creant cultius amb millors defenses, podem ajudar els agricultors a reduir la quantitat de pesticides químics que utilitzen. Això és una bona notícia per a la salut humana i per a la salut del nostre medi ambient.
GLOSSARI
**Nematodes **
Petits animals semblants a cucs que principalment es troben al sòl, però també als mars o llacs, als intestins d’animals i fins i tot a les vísceres d’insectes.
**Herbívor **
Animal que s’alimenta de plantes.
**Defenses de les plantes **
Característiques d’una planta que afecten el comportament, creixement o supervivència dels herbívors.
**Glucosinolats **
Substàncies defensives responsables del gust amarg intens de la mostassa i el wassabi. Tot i que la majoria d’humans gaudeixen del seu sabor, són tòxiques per a la majoria d’insectes, nematodes i bacteris.
**Arrel principal **
Arrel central de la qual surten les arrels laterals. Recull aigua i nutrients de la resta del sistema radicular i els distribueix per sobre del sòl. En les pastanagues i remolatxes, emmagatzema midó i nutrients.
**Millora vegetal **
La ciència de crear noves varietats de plantes amb característiques desitjables com el gust, l’olor, el color o la resistència a les plagues.
REFERÈNCIES
[1] Ehrlich, P. R., and Raven, P. H. 1964. Butterflies and plants-a study in coevolution. Evolution. 18:586–608.
[2] Karban, R. 2020. The ecology and evolution of induced responses to herbivory and how plants perceive risk. Ecol. Entomol. 45:1–9. doi: 10.1111/een.12771
[3] Meldau, S., Erb, M., and Baldwin, I. T. 2012. Defence on demand: mechanisms behind optimal defence patterns. Ann. Bot. 110:1503–14. doi: 10.1093/aob/mcs212
[4] Tsunoda, T., Grosser, K., and van Dam, N. M. 2018. Locally and systemically induced glucosinolates follow optimal defence allocation theory upon root herbivory. Funct. Ecol. 32:2127–37. doi: 10.1111/1365-2435.13147
[5] Tsunoda, T., and van Dam, N. M. 2017. Root chemical traits and their roles in belowground biotic interactions. Pedobiologia (Jena). 65:58–67. doi: 10.1016/j.pedobi.2017.05.007
EDITED BY: Helen Philips, Saint Mary’s University, Canada
CITATION: Touw AJ and Van Dam NM (2022) How Do Plants Defend Themselves From Root-Eating Creatures?. Front. Young Minds. 10:660701. doi: 10.3389/frym.2022.660701
**CONFLICT OF INTEREST: **The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
COPYRIGHT © 2022 Touw and Van Dam. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
REVISORS JOVES
HARRISON, EDAT: 11
M’encanta practicar esports com l’hoquei i córrer perseguint el meu gos! També m’agrada descobrir coses noves, però no nous menjars! Com que actualment vaig a l’escola primària, estic emocionat per començar la nova etapa a l’institut i provar moltes assignatures noves. La meva assignatura preferida ara mateix són les matemàtiques.
AVANI, EDAT: 10
Hola, em dic Avani. M’agrada córrer i nedar. També soc ballarina. M’encanta passejar amb el meu gos o col·leccionar pedres. M’agraden molt les matemàtiques, la ciència i els esports. Gaudeixo jugant a videojocs i trucant als amics. M’encanta la natura i el temps fred i ventós.
**CATHERINE, EDAT: 15 **
M’encanta la música i cantar. Toco el violí i la guitarra, i també m’agrada escriure! Formo part d’un grup de dansa tradicional de les Terres Altes i faig voluntariat amb infants en clubs infantils i agrupaments escoltes locals. M’agrada assistir a activitats juvenils a la meva església i fer exercici físic. Espero que, tot llegint aquests articles, pugui aprendre coses noves i interessants!
AUTORS
AXEL TOUW
L’Axel s’ha sentit fascinat per la natura des de ben petit. En aquell temps, s’interessava sobretot pels dinosaures, els gats, els gossos, les sargantanes i les granotes, però especialment pels ocells. De fet, la primera cosa que va dibuixar mai va ser un mussol (amb una mica d’imaginació). Mentre estudiava biologia, es va començar a interessar per com es comuniquen les plantes, especialment amb els insectes. Avui dia, l’Axel estudia com es defensen les plantes dels microbis, nematodes i insectes. En el seu temps lliure, li agrada estar a l’aire lliure, jugar a futbol, llegir i cuinar. També intenta aplicar els coneixements que ha adquirit durant la seva recerca al seu jardí, amb resultats diversos. axel.touw@idiv.de
NICOLE M. VAN DAM
La Nicole va néixer i créixer als Països Baixos amb els seus pares i dues germanes més petites. Quan era petita, li agradava fer experiments amb insectes. Per exemple, va provar si les formigues sabien nedar posant-les en bassals (per si t’ho preguntes, se’n surten força bé). Va estudiar biologia a Wageningen, als Països Baixos. Allà es va interessar per com es poden defensar les plantes i com els agricultors poden fer servir aquest coneixement per reduir l’ús de pesticides. Després de fer molts més experiments amb insectes i plantes en diversos llocs del món, es va convertir en professora. En el seu temps lliure, li agrada fer ioga i mirar pel·lícules amb els seus dos fills (de 19 i 21 anys). Amb el seu marit, li agrada cultivar fruites i verdures ecològiques al jardí, on també troba inspiració per a nous projectes de recerca.
TRADUCTORA
**SANDRA VARGA **
La Sandra és Professora Associada a la Universitat de Lincoln, el Regne Unit. A part d’impartir classes en biologia, fa recerca investigant les relacions entre les plantes i el sòl per entendre com el canvi climàtic està afectant aquestes interaccions, i investiga com els microbis del sòl poden contribuir a la producció de plantes d’una manera més sostenible.
FUNDING (TRANSLATION)
The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816).
CITATION (TRANSLATION)
This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Recommended citation format: Touw AJ & Van Dam NM (2025) How Do Plants Defend Themselves From Root-Eating Creatures?. (Catalan translation: Sandra Varga). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in [2022], doi: 10.3389/frym.2022.660701
Figures
Figura 1: Exemples d’herbívors de sobre terra i subterranis. (A) Àfids de col, (B) la eruga de la mosca de l’exèrcit de la remolatxa, (C) un nematode herbívor, i (D) les larves de la mosca de l’arrel de la col. (Crèdits fotogràfics: Axel Touw).
Figura 2: La distribució de les defenses químiques sobre un sistema radicular, i com això afecta els herbívors subterranis. El vermell indica el nivell més alt de defensa al sistema radicular i el groc indica el nivell més baix. Les defenses químiques són generalment més altes a l’arrel principal (vermell), seguides de les arrels laterals (taronja) i les arrels fines (groc). Alguns insectes herbívors, com la mosca de l’arrel de la col, poden desactivar les defenses químiques de la planta i menjar-se l’arrel principal, on les defenses són més altes. D’altres herbívors, com l’escarabat de Sant Joan, no poden desactivar les defenses de la planta i, per tant, es mengen les arrels fines, on els nivells de defensa química són més baixos. (Crèdits de la imatge: Jennifer Gabriel).