Plantele pot părea pasive atunci când insectele încep să se hrănească cu ele, însă strategiile lor de apărare pot fi surprinzător de sofisticate.

Unele produc toxine, altele dezvoltă bariere fizice, iar multe eliberează substanțe chimice în aer care atrag prădătorii insectelor ce le atacă.

Cercetări recente sugerează că plantele de fasole păstăiță pot merge și mai departe. După ce sunt afectate de minatorii frunzelor, acestea par să modifice solul din jurul rădăcinilor într-un mod care ajută următoarea generație de plante să se apere, chiar și atunci când plantele mai tinere nu au fost atacate niciodată.

Plantele au mai multe apărări

Plantele folosesc mai multe strategii pentru a descuraja insectele înfometate și erbivorele mai mari. Perișorii fini pot încetini dăunătorii de mici dimensiuni, spinii pot descuraja animalele care pasc, iar compușii chimici pot face frunzele neplăcute la gust sau toxice.

Unele plante eliberează și arome speciale în aer, cunoscute sub denumirea de substanțe volatile ale plantelor induse de erbivore, sau HIPV-uri. Aceste substanțe chimice pot acționa aproape ca un semnal de alarmă.

În loc să atace direct dăunătorul, planta eliberează un miros care atrage inamici naturali, precum viespile parazitoide. Aceste viespi caută insectele care se hrănesc cu planta și pot contribui la reducerea pagubelor.

Slăbiciunea acestui sistem este că semnalele transmise prin aer dispar, de obicei, odată ce amenințarea imediată nu mai există. Prin urmare, cercetătorii au vrut să afle dacă plantele pot crea o formă de apărare mai durabilă prin intermediul solului.

Solul poate păstra informații

Rădăcinile fac mult mai mult decât să absoarbă apă și nutrienți. Plantele eliberează continuu în solul din jur amestecuri de compuși. Aceste substanțe, cunoscute sub numele de exudate radiculare, influențează microorganismele care trăiesc în jurul rădăcinilor. La rândul lor, aceste comunități microbiene pot afecta creșterea plantelor, absorbția nutrienților și rezistența la boli și dăunători.

Studiile anterioare arătaseră deja că insectele care deteriorează frunzele pot modifica atât chimia rădăcinilor, cât și compoziția microorganismelor din sol. Ceea ce rămăsese neclar era dacă aceste schimbări puteau oferi o apărare utilă plantelor care cresc ulterior în același sol.

Noul studiu sugerează că atacurile insectelor pot lăsa în subteran o amprentă biologică ce persistă și după dispariția plantei inițiale afectate.

Fasolea păstăiță dezvăluie efectul

Cercetătorii s-au concentrat asupra fasolei păstăiță, care este frecvent atacată de minatorii frunzelor. Se știa deja că aceste plante eliberează semnale în aer care atrag viespile parazitoide atunci când minatorii frunzelor încep să se hrănească cu frunzele lor.

Pentru a investiga dacă acest răspuns se poate extinde și în sol, oamenii de știință au cultivat noi plante de fasole păstăiță în sol care conținuse anterior plante fie afectate de insecte, fie neafectate. Apoi au analizat chimia plantelor, activitatea genelor, compușii volatili și modificările microbiomului din sol.

Cercetătorii au sterilizat, de asemenea, solul și au reintrodus anumite populații microbiene, ceea ce le-a permis să testeze dacă microorganismele erau cu adevărat responsabile pentru efect și nu doar asociate cu acesta.

Noile plante au fost protejate

Rezultatele au arătat o diferență semnificativă. Fasolea păstăiță crescută în sol ocupat anterior de plante afectate de minatorii frunzelor a atras mai multe viespi parazitoide, deși noile plante nu fuseseră ele însele atacate. De asemenea, au crescut mai mari.

Acest lucru înseamnă că interacțiunea plantei inițiale cu insectele a modificat mediul din sol într-un mod care a avantajat generația următoare. Cercetătorii au urmărit acest efect de-a lungul unui lanț de răspunsuri biologice declanșate de deteriorarea inițială a frunzelor.

Un hormon pornește lanțul

Atunci când minatorii frunzelor au deteriorat frunzele de fasole păstăiță, atacul a activat semnalizarea cu jasmonat. Jasmonat este un hormon vegetal important, implicat în răspunsurile la rănire și erbivorie. Acest răspuns hormonal a determinat rădăcinile să elibereze cantități mai mari din doi compuși flavonoizi, daidzeina și genisteina. Acești compuși au modificat apoi comunitatea microbiană din jurul rădăcinilor.

Mai multe tipuri de bacterii Bradyrhizobium au devenit mai abundente în solul condiționat. Atunci când noi plante de fasole păstăiță au crescut ulterior în acest sol, microorganismele îmbogățite păreau să reactiveze mecanismele de apărare asociate jasmonatului.

Rezultatul a fost o producție mai mare a unui miros atractiv pentru viespile parazitoide. Practic, prima plantă a modificat microbiomul solului, astfel încât plantele care au crescut ulterior erau deja mai bine pregătite să atragă dușmanii naturali ai insectelor.

Apărare între generații

Acest mecanism diferă de sistemul obișnuit de avertizare prin semnale aeriene, care are o durată scurtă. În mod normal, o plantă eliberează substanțe cu rol defensiv atunci când este atacată în acel moment. În acest caz însă, cercetătorii au descoperit că plantele puteau atrage viespi parazitoide chiar și fără un atac imediat al insectelor. Generația anterioară pregătise, practic, solul.

Cercetătorii au descris acest fenomen ca o formă de interacțiune plantă-sol, prin care daunele provocate de erbivore lasă o amprentă de durată asupra mediului. Influența defensivă se poate extinde astfel dincolo de planta inițială și de perioada în care insectele au fost efectiv prezente.

Microorganismele sunt esențiale

Experimentele care au implicat sol sterilizat au ajutat la demonstrarea faptului că comunitatea microbiană reprezintă o parte esențială a acestui proces. Simplul fapt că un sol conținuse anterior o plantă atacată nu era suficient dacă microorganismele relevante erau eliminate. Atunci când cercetătorii au reintrodus anumite bacterii, răspunsul defensiv a reapărut. Acest lucru sugerează că plantele nu păstrează singure această „memorie”.

În schimb, efectul apare printr-un parteneriat între plante, substanțele chimice eliberate de rădăcini și microorganismele din sol. Această relație ar putea reprezenta o componentă a biologiei apărării plantelor care a fost subestimată până acum.

Posibile beneficii pentru agricultură

Descoperirile ar putea avea, în cele din urmă, aplicații practice în agricultură. Dacă anumite culturi pot modela în mod intenționat microorganismele din sol pentru a întări controlul natural al dăunătorilor, fermierii ar putea încuraja aceste relații în loc să se bazeze exclusiv pe insecticide cu spectru larg.

O cultură ar putea contribui la crearea unor condiții în sol care fac plantele viitoare mai atractive pentru insectele benefice. Acest lucru ar putea susține combaterea biologică a dăunătorilor și, în același timp, ar putea reduce utilizarea substanțelor chimice. Cu toate acestea, cercetătorii avertizează că experimentele au implicat doar o singură cultură și un singur sistem plantă-dăunător. Nu se știe încă dacă alte plante produc același efect.

Studiul a urmărit, de asemenea, efectul rămas în sol pe parcursul unui singur ciclu, astfel că cercetătorii trebuie să stabilească în continuare cât timp durează protecția. Vor fi necesare experimente în condiții de teren pentru a verifica dacă efectul persistă în fața schimbărilor meteorologice, a diferitelor tipuri de sol și a cultivărilor repetate.

Un parteneriat subteran

Studiul adaugă o nouă perspectivă asupra modului în care plantele răspund pericolelor. Apărarea lor nu se limitează la frunze, spini sau semnale chimice temporare. Plantele pot modifica și ecosistemul microscopic de sub ele.

Pentru fasolea păstăiță, un atac al insectelor poate lăsa în urmă mai mult decât frunze deteriorate. Prin modificarea chimiei rădăcinilor și remodelarea bacteriilor din sol, o generație poate crea condiții care o ajută pe următoarea să crească mai bine și să atragă apărători naturali, transformând astfel solul într-o parte a sistemului de protecție al plantei.