Difesa contro l'erbivoro

I prodotti chimici vegetali si sono evoluti per colpire gli insetti. Alcuni di questi percorsi biochimici esistono nei vertebrati, compresi gli esseri umani. Molti prodotti farmaceutici sono ottenuti dai prodotti chimici che le piante usano per proteggersi dagli erbivori. Esempi sono l'oppio, l'aspirina, la cocaina e l'atropina.

Gli alcaloidi pirrolizidici sono prodotti dalle piante come meccanismo di difesa contro gli erbivori degli insetti. Più di 660 PA e PA N-ossidi sono stati identificati in oltre 6.000 piante. Circa la metà di esse presentano epatotossicità, cioè attaccano la funzione epatica.

Le prime piante terrestri si sono evolute da piante acquatiche circa 450 milioni di anni fa (mya) nel periodo ordoviciano. Queste prime piante terrestri non avevano tessuto vascolare e avevano bisogno di acqua libera per la loro riproduzione. Le piante vascolari apparvero più tardi e la loro diversificazione iniziò in epoca devoniana (circa 400 mya). Hanno avuto adattamenti come rivestimenti protettivi per ridurre l'evaporazione dai loro tessuti.

La riproduzione e la dispersione delle piante vascolari in queste condizioni di secchezza è stata ottenuta attraverso l'evoluzione di strutture di semi specializzati. La diversificazione delle piante da fiore (angiosperme) durante il periodo cretaceo è associata all'improvvisa esplosione di speciazione negli insetti. Questa diversificazione degli insetti ha rappresentato una forza selettiva importante nell'evoluzione delle piante e ha portato alla selezione di piante che hanno avuto adattamenti difensivi. I primi insetti erbivori mordono o masticano la vegetazione; ma l'evoluzione delle piante vascolari porta alla coevoluzione di altre forme di erbivori, come la succhiatura della linfa, l'estrazione delle foglie, la formazione della bile e l'alimentazione del nettare.

Record di erbivori

La nostra comprensione dell'erbivoro nel tempo geologico deriva da tre fonti:

1. piante fossilizzate che possono conservare le prove di difesa (come le spine dorsali), o danni erbivori;
2. l'osservazione di detriti vegetali in coprolito fossile (feci animali); e
3. la costruzione dell'apparato boccale erbivoro.

A lungo ritenuto un fenomeno mesozoico, le prove per l'erbivoro si trovano quasi subito dopo i fossili che potrebbero dimostrarlo. In meno di 20 milioni di anni dai primi fossili di sporangia e steli verso la chiusura del Siluriano, circa 420 mya, ci sono prove che sono stati mangiati. Gli animali si sono nutriti delle spore delle prime piante devoniane, e anche il Rhynie chert fornisce la prova che gli organismi si sono nutriti di piante usando la tecnica del "trafiggi e succhia". Molte piante di questo tempo sono conservate con crescite simili a spinose, che possono aver avuto un ruolo difensivo.

Nel corso dei successivi 75 milioni di anni, le piante si sono evolute in una gamma di organi più complessi - dalle radici ai semi. C'era un intervallo di 50-100 milioni di anni tra ogni organo che si evolveva e di cui si nutriva. L'alimentazione dei fori e la scheletrizzazione sono registrate nel Permiano iniziale, con l'alimentazione dei fluidi di superficie che si evolveva entro la fine di quel periodo.

Co-evoluzione

Gli erbivori dipendono dalle piante per il cibo, e hanno sviluppato meccanismi per ottenere questo cibo nonostante l'evoluzione di molte difese delle piante. Gli adattamenti degli erbivori alla difesa delle piante sono stati paragonati a tratti offensivi. Sono adattamenti che permettono di aumentare l'alimentazione e l'uso di una pianta ospite. Le relazioni tra gli erbivori e le loro piante ospiti si traducono spesso in un reciproco cambiamento evolutivo, chiamato co-evoluzione.

Quando un erbivoro mangia, si nutre di piante che non montano una risposta difensiva sufficiente. Questo crea l'opportunità per le piante che possono montare una difesa. Così le piante con difese diventano le più comuni. Nei casi in cui questa relazione dimostra la specificità (l'evoluzione di ogni tratto è dovuta all'altro) e la reciprocità (entrambi i tratti si evolvono), si pensa che le specie siano coevolute.

Il meccanismo di "fuga e radiazione" per la co-evoluzione è l'idea che gli adattamenti negli erbivori e nelle loro piante ospiti siano stati la forza trainante della speciazione. Gli adattamenti hanno avuto un ruolo nella radiazione delle specie di insetti durante l'era delle angiosperme. Alcuni erbivori hanno sviluppato modi per dirottare le difese delle piante a proprio vantaggio, sequestrando (mantenendo) queste sostanze chimiche e utilizzandole per proteggersi dai predatori.

La maggior parte delle piante che difendono le loro foglie in modo così vigoroso, tuttavia, hanno bisogno di animali. Fino al 98% delle piante da fiore nelle foreste pluviali di pianura tropicali si affidano agli animali per l'impollinazione e la dispersione dei semi.