Pertahanan terhadap herbivora

Pertahanan terhadap herbivora menggambarkan pertahanan tanaman agar tidak dimakan. Ada banyak adaptasi yang meningkatkan kelangsungan hidup dan reproduksi tanaman dengan mengurangi dampak herbivora.

Banyak tanaman menghasilkan bahan kimia yang mengubah perilaku, pertumbuhan, atau kelangsungan hidup herbivora. Pertahanan kimiawi ini dapat bertindak sebagai penolak atau racun bagi herbivora, atau mengurangi daya cerna tanaman. Beberapa tanaman, yang dikenal sebagai hiperakumulator, mengkhususkan diri dalam menyimpan logam berat yang beracun bagi hewan.

Beberapa tanaman mendorong kehadiran musuh alami herbivora, yang pada gilirannya melindungi tanaman. Sebagian tanaman menyediakan rumah bagi semut yang mempertahankan tanaman dengan kuat.

Strategi defensif lain yang digunakan oleh tumbuhan termasuk melarikan diri atau menghindari herbivora dalam waktu atau tempat. Mereka mungkin tumbuh di tempat yang tidak mudah ditemukan atau didapat oleh herbivora. Mereka mungkin tumbuh ketika herbivora tidak ada. Herbivora dapat dialihkan ke bagian yang tidak penting, atau tanaman mungkin dapat pulih dari kerusakan yang disebabkan oleh herbivora.

Setiap jenis pertahanan bisa bersifat konstitutif (selalu ada di dalam tanaman), atau terinduksi (diproduksi sebagai reaksi terhadap kerusakan atau stres yang disebabkan oleh herbivora). Tumbuhan bisa dan memang bereaksi terhadap kerusakan.

Secara historis, serangga telah menjadi herbivora yang paling signifikan, terutama larva serangga. Evolusi tanaman darat terkait erat dengan evolusi serangga. Sementara sebagian besar pertahanan tanaman ditujukan terhadap serangga, pertahanan lainnya telah berevolusi yang ditujukan pada herbivora vertebrata, seperti burung dan mamalia.

Studi tentang pertahanan tanaman terhadap herbivori penting, tidak hanya dari sudut pandang evolusi, tetapi juga karena pertahanan ini dapat digunakan dalam pertanian, termasuk sumber makanan manusia dan ternak.

Poison ivy menghasilkan urushiol untuk melindungi tanaman dari herbivora. Pada manusia, bahan kimia ini menghasilkan ruam kulit alergi.

Foxgloves menghasilkan beberapa bahan kimia yang mematikan, yaitu glikosida jantung dan steroid. Memakannya bisa menyebabkan mual, muntah, halusinasi, kejang-kejang, atau kematian.

Pertahanan kimiawi spesifik

Bahan kimia tanaman telah berevolusi untuk mempengaruhi serangga. Beberapa jalur biokimia ini ada pada vertebrata, termasuk manusia. Banyak obat-obatan didapat dari bahan kimia yang digunakan tanaman untuk melindungi diri dari herbivora. Contohnya adalah opium, aspirin, kokain, dan atropin.

Alkaloid pirrolizidin diproduksi oleh tanaman sebagai mekanisme pertahanan terhadap herbivora serangga. Lebih dari 660 PA dan PA N-oksida telah diidentifikasi pada lebih dari 6.000 tanaman. Sekitar setengah dari mereka menunjukkan hepatotoksisitas, yaitu menyerang fungsi hati.

Evolusi sifat-sifat defensif

Tumbuhan darat paling awal berevolusi dari tumbuhan air sekitar 450 juta tahun yang lalu (mya) pada periode Ordovisium. Tumbuhan darat awal ini tidak memiliki jaringan vaskular dan membutuhkan air bebas untuk reproduksinya. Tumbuhan vaskular muncul kemudian dan diversifikasi mereka dimulai pada era Devonian (sekitar 400 mya). Mereka memiliki adaptasi seperti lapisan pelindung untuk mengurangi penguapan dari jaringan mereka.

Reproduksi dan penyebaran tumbuhan vaskular dalam kondisi kering ini dicapai melalui evolusi struktur biji khusus. Diversifikasi tumbuhan berbunga (angiospermae) selama periode Kapur dikaitkan dengan ledakan spesiasi mendadak pada serangga. Diversifikasi serangga ini merupakan kekuatan selektif utama dalam evolusi tanaman, dan menyebabkan pemilihan tanaman yang memiliki adaptasi defensif. Herbivora serangga awal menggigit atau mengunyah vegetasi; tetapi evolusi tanaman vaskular mengarah pada evolusi bersama dari bentuk-bentuk herbivora lainnya, seperti penghisap getah, penambangan daun, pembentukan empedu, dan pemberian makan nektar.

Catatan tentang herbivora

Pemahaman kita tentang herbivora dalam waktu geologi berasal dari tiga sumber:

fosil tumbuhan yang mungkin menyimpan bukti pertahanan (seperti duri), atau kerusakan yang berhubungan dengan herbivora;
pengamatan sisa-sisa tumbuhan dalam fosil koprolit (kotoran hewan); dan
konstruksi dari mulut herbivora.

Lama dianggap sebagai fenomena Mesozoikum, bukti untuk herbivora ditemukan hampir secepat fosil yang dapat menunjukkannya. Dalam waktu kurang dari 20 juta tahun dari fosil pertama sporangia dan batang menjelang penutupan Silurian, sekitar 420 mya, ada bukti bahwa mereka sedang dimakan. Hewan memakan spora tanaman Devonian awal, dan Rhynie chert juga memberikan bukti bahwa organisme memakan tanaman dengan menggunakan teknik "tusuk dan hisap". Banyak tumbuhan pada masa ini diawetkan dengan pertumbuhan seperti tulang belakang, yang mungkin memiliki peran defensif.

Selama 75 juta tahun berikutnya, tumbuhan mengembangkan berbagai organ yang lebih kompleks - dari akar hingga biji. Ada jeda 50 hingga 100 juta tahun antara setiap organ yang berevolusi, dan organ tersebut diberi makan. Lubang makan dan skeletonisasi tercatat pada Permian awal, dengan pemberian cairan permukaan yang berkembang pada akhir periode itu.

Evolusi bersama

Herbivora bergantung pada tanaman untuk makanan, dan telah berevolusi mekanisme untuk mendapatkan makanan ini meskipun evolusi banyak pertahanan tanaman. Adaptasi herbivora terhadap pertahanan tanaman telah disamakan dengan sifat ofensif. Mereka adalah adaptasi yang memungkinkan peningkatan pemberian makan dan penggunaan tanaman inang. Hubungan antara herbivora dan tanaman inangnya sering menghasilkan perubahan evolusi timbal balik, yang disebut evolusi bersama.

Ketika herbivora makan, ia memakan tumbuhan yang tidak memberikan respon pertahanan yang memadai. Hal ini menciptakan peluang bagi tumbuhan yang dapat melakukan pertahanan. Jadi, tanaman dengan pertahanan menjadi semakin umum. Dalam kasus di mana hubungan ini menunjukkan kekhususan (evolusi masing-masing sifat disebabkan oleh yang lain), dan timbal balik (kedua sifat berevolusi), spesies dianggap telah berevolusi bersama.

Mekanisme "pelarian dan radiasi" untuk evolusi bersama adalah gagasan bahwa adaptasi pada herbivora dan tanaman inangnya telah menjadi kekuatan pendorong di balik spesiasi. Adaptasi tersebut telah berperan dalam radiasi spesies serangga selama zaman angiosperma. Beberapa herbivora telah berevolusi dengan cara membajak pertahanan tanaman untuk keuntungan mereka sendiri, dengan cara mengasingkan (menyimpan) bahan kimia ini dan menggunakannya untuk melindungi diri mereka sendiri dari predator.

Garis waktu evolusi tanaman dan permulaan berbagai mode herbivori serangga

Daun Viburnum lesquereuxii dengan kerusakan akibat serangga; Dakota Sandstone (Cretaceous) dari Ellsworth County, Kansas. Bilah skala adalah 10 mm.

Ulat harimau polos Danaus chrysippus membuat parit untuk memblokir bahan kimia pertahanan Calotropis sebelum makan

Tumbuhan juga membutuhkan hewan

Sebagian besar tumbuhan yang mempertahankan daunnya dengan penuh semangat tetap membutuhkan hewan. Hingga 98% tumbuhan berbunga di hutan hujan tropis dataran rendah bergantung pada hewan untuk penyerbukan dan penyebaran biji.

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa yang dimaksud dengan pertahanan terhadap herbivora?

J: Pertahanan terhadap herbivora adalah sekumpulan adaptasi yang digunakan oleh tanaman untuk mengurangi efek dimakan oleh herbivora.

T: Bagaimana tumbuhan mempertahankan diri dari herbivora?

J: Tumbuhan dapat menggunakan berbagai strategi untuk mempertahankan diri dari herbivora, seperti memproduksi bahan kimia yang bertindak sebagai penolak atau racun, menyimpan logam berat yang beracun bagi hewan, mendorong kehadiran musuh alami herbivora, menyediakan rumah bagi semut yang mempertahankan tanaman dengan kuat, dan melarikan diri atau menghindari herbivora dalam waktu atau tempat.

T: Apakah pertahanan ini selalu ada pada tanaman?

J: Tidak, pertahanan ini bisa bersifat konstitutif (selalu ada di dalam tanaman) atau terinduksi (diproduksi sebagai reaksi terhadap kerusakan atau stres yang disebabkan oleh herbivora).

T: Jenis hewan apa yang biasanya dikaitkan dengan pertahanan tanaman?

J: Secara historis, serangga paling signifikan dalam hal pertahanan tanaman. Evolusi tanaman darat terkait erat dengan evolusi serangga.

T: Apakah ada pertahanan yang ditujukan pada herbivora vertebrata?

J: Ya, beberapa strategi pertahanan telah berevolusi yang ditujukan untuk herbivora vertebrata seperti burung dan mamalia.

T: Mengapa mempelajari pertahanan tanaman itu penting?

J: Mempelajari pertahanan tanaman terhadap herbivora penting tidak hanya dari sudut pandang evolusi, tetapi juga karena pertahanan ini dapat digunakan dalam pertanian untuk sumber makanan manusia dan ternak.