Defensas vegetales contra la herbivoría para niños
Las defensas de las plantas contra los animales que las comen son formas en que las plantas se protegen para poder sobrevivir y reproducirse. Las plantas han desarrollado muchas maneras de evitar ser dañadas por los herbívoros (animales que se alimentan de plantas).
Las plantas pueden sentir cuando algo las toca y usan varias estrategias para defenderse. Muchas producen sustancias químicas especiales, llamadas aleloquímicos, que pueden repeler a los herbívoros o hacer que la planta sea difícil de digerir. Estas defensas químicas pueden ser como un escudo o un veneno.
Otras estrategias incluyen crecer en lugares donde los herbívoros no pueden llegar fácilmente, o cambiar sus patrones de crecimiento según la estación. Algunas plantas incluso animan a los enemigos naturales de los herbívoros a vivir cerca, para que estos las protejan.
Las defensas pueden ser de dos tipos:
- Constitutivas: Siempre están presentes en la planta.
- Inducibles: Se producen o se activan solo cuando la planta es atacada o sufre algún daño.
Históricamente, los insectos han sido los herbívoros más importantes. La evolución de las plantas terrestres está muy relacionada con la evolución de los insectos. Aunque la mayoría de las defensas de las plantas se dirigen a los insectos, también han evolucionado defensas contra animales vertebrados como aves y mamíferos. Estudiar estas defensas es importante para la agricultura y para encontrar plantas con propiedades medicinales.
Contenido
¿Cómo evolucionaron las defensas de las plantas?
Las primeras plantas terrestres aparecieron hace unos 450 millones de años. Muchas se adaptaron a la vida en tierra firme desarrollando formas de protegerse. Por ejemplo, algunas plantas producen sustancias como los glucósidos, que son venenosas para muchos parásitos y herbívoros, pero no para las propias células vegetales.
Las plantas con flores (angiospermas) se diversificaron mucho durante el período Cretácico, al mismo tiempo que los insectos. Esta diversificación de insectos fue una gran fuerza que impulsó a las plantas a desarrollar más defensas. Al principio, los insectos herbívoros mordían o masticaban las plantas, pero con el tiempo, evolucionaron otras formas de alimentarse, como chupar la savia o hacer túneles en las hojas.
La cantidad de defensas que una planta produce puede depender de los recursos disponibles. Si una planta crece en un lugar donde el agua y los nutrientes son escasos, es posible que invierta más energía en defensas, ya que reemplazar las hojas dañadas sería muy costoso.
¿Cómo sabemos sobre los herbívoros antiguos?
Sabemos sobre la herbivoría en el pasado gracias a tres fuentes principales:
- Plantas fosilizadas: Pueden mostrar evidencias de defensas (como espinas) o daños causados por herbívoros.
- Heces de animales fosilizadas: Contienen restos de plantas.
- Reconstrucción de las bocas de los herbívoros: Nos da pistas sobre cómo se alimentaban.
Se ha encontrado evidencia de herbivoría en los fósiles de plantas más antiguos, incluso hace unos 420 millones de años.
La coevolución entre plantas y herbívoros
Los herbívoros dependen de las plantas para alimentarse y han desarrollado formas de superar las defensas vegetales. Esta relación a menudo lleva a un cambio evolutivo mutuo, llamado coevolución. Cuando un herbívoro come una planta, las plantas que pueden defenderse mejor son las que sobreviven y se reproducen. A su vez, los herbívoros que pueden superar esas defensas son los que prosperan.
Algunos herbívoros incluso han aprendido a usar las defensas de las plantas a su favor. Por ejemplo, toman las sustancias químicas de la planta y las usan para protegerse de sus propios depredadores.
Tipos de defensas vegetales
Las defensas de las plantas se pueden clasificar en constitutivas (siempre presentes) o inducibles (producidas cuando son necesarias). Las defensas constitutivas suelen ser estructuras grandes o sustancias que requieren mucha energía para producir. Las defensas inducibles son más eficientes energéticamente porque solo se activan cuando hay un ataque.
Defensas químicas
Las plantas producen sustancias químicas especiales, llamadas metabolitos secundarios, que no están directamente involucradas en su crecimiento o desarrollo, pero sí en su defensa.
Estos metabolitos secundarios pueden ser:
- Cualitativos: Son toxinas que interfieren con el metabolismo del herbívoro. Están presentes en bajas concentraciones y son efectivas contra herbívoros que no están adaptados a ellas. Son pequeñas y fáciles de producir.
- Cuantitativos: Están presentes en altas concentraciones y reducen la digestibilidad de la planta. Cuanto más come el herbívoro, menos nutrientes obtiene. Son moléculas grandes y costosas de producir.
Por ejemplo, el geranio produce una sustancia química en sus pétalos que paraliza a los escarabajos japoneses. Esto los deja vulnerables a sus depredadores.
Ejemplos de defensas químicas
Las plantas han desarrollado muchos compuestos químicos para defenderse, que se agrupan en:
- Compuestos con nitrógeno: Incluyen alcaloides (como la nicotina o la cafeína), glucósidos cianogénicos (que liberan cianuro al ser ingeridos, bloqueando la respiración celular) y glucosinolatos (que pueden causar malestar digestivo). Los alcaloides suelen tener un sabor amargo.
- Terpenoides: Son aceites esenciales volátiles como el mentol o el alcanfor. Algunos diterpenos son muy tóxicos, como los que hacen venenosas las hojas de rododendro.
- Fenólicos: Contienen un anillo aromático y un grupo hidroxilo. Algunos tienen propiedades antisépticas. Los taninos, por ejemplo, dificultan la digestión de las proteínas en los herbívoros. La sílice y las ligninas son indigeribles y pueden desgastar las mandíbulas de los insectos.
Además de estos grupos, las plantas también usan derivados de ácidos grasos, aminoácidos y péptidos como defensas.
Defensas mecánicas
Las plantas tienen muchas estructuras físicas que desaniman a los herbívoros. Dependiendo del tamaño y la armadura del herbívoro, estas estructuras pueden disuadirlo, herirlo o incluso matarlo.
Algunas defensas mecánicas incluyen:
- Superficies: Resinas, ligninas, sílice y cera cubren la superficie de las plantas, alterando su textura. Las hojas de acebo, por ejemplo, son muy resbaladizas. Algunas plantas producen savia pegajosa que atrapa insectos.
- Estructuras afiladas: Espinas, púas o tricomas (pelos en las hojas, a veces con sustancias irritantes o venenosas) pueden reducir la alimentación de grandes herbívoros. Los rafidios son agujas de oxalato de calcio que causan dolor al ser ingeridas.
- Forma de la planta: La forma en que una planta se ramifica o la disposición de sus hojas pueden haber evolucionado para reducir el daño. Por ejemplo, algunas acacias africanas tienen espinas largas en la parte baja para protegerse de herbívoros como las jirafas.
- Capas protectoras: Árboles como el cocotero protegen sus frutos con múltiples capas duras, haciendo difícil acceder a las semillas.
Movimientos rápidos
Algunas plantas usan movimientos rápidos como defensa. Las hojas de la planta sensitiva (Mimosa pudica) se cierran rápidamente al ser tocadas, vibradas o incluso por estímulos eléctricos o de calor. Esto reduce la superficie disponible para los herbívoros y puede desalojar a pequeños insectos.
Mimetismo y camuflaje
Algunas plantas imitan la presencia de huevos de insectos en sus hojas para disuadir a otros insectos de poner sus propios huevos allí. Por ejemplo, algunas enredaderas del género Passiflora tienen estructuras que parecen huevos amarillos de mariposas Heliconius, lo que hace que las mariposas hembras busquen otro lugar para poner sus huevos.
Defensas indirectas
Las plantas también pueden protegerse indirectamente atrayendo a los enemigos naturales de los herbívoros. Esto se conoce como mutualismo, donde "el enemigo de mi enemigo es mi amigo".
- Sustancias volátiles: Cuando una planta es atacada, libera sustancias químicas volátiles que atraen a los depredadores de los herbívoros. Estos depredadores llegan y se comen a los herbívoros, protegiendo así a la planta.
- Vivienda y alimento: Algunas plantas ofrecen refugio y alimento a los enemigos naturales de los herbívoros. Por ejemplo, los árboles Macaranga tienen tallos huecos que sirven de hogar para hormigas, y también les proporcionan alimento. A cambio, las hormigas protegen a la planta.
- Hongos endófitos: Muchos hongos viven dentro de las plantas sin causarles daño. Algunos de estos hongos producen toxinas que protegen a la planta de herbívoros y microbios dañinos.
Caída de hojas y cambio de color
Se ha sugerido que la caída de hojas puede proteger a las plantas de enfermedades y plagas. También se cree que el cambio de color de las hojas en otoño, antes de caer, puede ser una forma de "avisar" a los insectos de que la planta está preparada para defenderse.
Costos y beneficios de las defensas
Producir defensas (estructuras o químicos) es costoso para las plantas, ya que requiere recursos que podrían usarse para crecer o reproducirse. Se han propuesto varios modelos para explicar por qué y cómo las plantas invierten en estas defensas.
Hipótesis de la defensa óptima
Esta hipótesis explica cómo los tipos de defensas de las plantas reflejan las amenazas que enfrentan. Considera tres factores:
- Riesgo de ataque: ¿Qué tan probable es que la planta sea atacada? Las plantas que son fáciles de encontrar por los herbívoros invierten más en defensas.
- Valor de la parte de la planta: Las partes más valiosas para la supervivencia y reproducción de la planta (como las semillas o las hojas jóvenes) suelen tener más defensas.
- Costo de la defensa: La energía que se gasta en defensas no se puede usar para crecer. Las plantas invierten en defensas cuando los beneficios superan los costos.
Hipótesis del balance carbono:nutrientes
Esta hipótesis sugiere que el tipo de defensa que una planta produce depende de los nutrientes disponibles en el ambiente. Por ejemplo, las plantas que crecen en suelos pobres en nitrógeno tienden a usar defensas basadas en carbono, mientras que las que crecen en ambientes con poca luz (y por lo tanto poco carbono) pueden producir toxinas basadas en nitrógeno.
Hipótesis de la tasa de crecimiento
Esta hipótesis dice que las estrategias de defensa están determinadas por la velocidad de crecimiento de la planta, que a su vez depende de los recursos disponibles. Las plantas que crecen lentamente en zonas con pocos recursos suelen tener hojas y ramas de larga vida, por lo que la pérdida de estas partes sería muy costosa. Por eso, invierten más en defensas.
Importancia para los seres humanos
Agricultura
Desde hace mucho tiempo, los agricultores han notado que algunas plantas son más resistentes a las plagas que otras. Por ejemplo, en el siglo XIX, una plaga de insectos casi destruye los viñedos en Francia. Se descubrió que las vides americanas eran resistentes a esta plaga, y se salvó la industria del vino injertando las uvas francesas en raíces de vides americanas.
El estudio de la resistencia de las plantas a los herbívoros es muy importante para la agricultura, ya que ofrece una alternativa segura y económica al uso de pesticidas. Muchas sustancias químicas naturales de las plantas se han usado como insecticidas desde hace siglos, como la nicotina del tabaco o las piretrinas de los crisantemos.
La cocina también ha ayudado a superar las defensas químicas de las plantas. Cocinar cereales y legumbres, por ejemplo, desactiva algunas sustancias que dificultan la digestión.
La mejora de las plantas cultivadas a menudo implica seleccionar variedades que no tienen las defensas naturales de sus parientes silvestres, lo que las hace más vulnerables a las plagas. Por eso, los científicos a veces introducen genes de resistencia de plantas silvestres en los cultivos. Un ejemplo famoso es la introducción de genes de la bacteria Bacillus thuringiensis en las plantas, que las hace resistentes a ciertas orugas.
Uso en medicina
Muchos medicamentos que usamos hoy en día provienen de sustancias químicas que las plantas producen para defenderse de los herbívoros. Estas sustancias han evolucionado para afectar la bioquímica de los insectos de maneras muy específicas. Como muchas de estas vías bioquímicas son similares en humanos, estas sustancias también pueden afectar nuestra bioquímica.
Desde hace miles de años, los humanos han usado alcaloides vegetales en preparaciones medicinales. Por ejemplo, los árboles de quina producen quinina, una sustancia muy amarga que los protege de los herbívoros y que también se usa para tratar la malaria.
Las raíces de la mandrágora contienen escopolamina, una sustancia que en dosis altas es tóxica para los herbívoros, pero que en dosis más pequeñas se ha usado para tratar el dolor o prevenir el mareo. Otro ejemplo es el taxol, un medicamento contra el cáncer, que se aisló de la corteza del tejo.
Control biológico de plagas
Las defensas de las plantas también se utilizan en programas de control biológico de plagas. Esto incluye técnicas como:
- Cultivos repelentes: Plantar especies que repelen a las plagas.
- Setos defensivos: Usar plantas resistentes como barreras.
- Intercalado de cultivos: Combinar plantas resistentes con otras para protegerlas.
Estas técnicas son parte de la agricultura ecológica y sostenible, y ayudan a reducir la dependencia de pesticidas químicos.
Galería de imágenes
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Cronología de la evolución de las plantas y los inicios de los diferentes tipos de herbivoría de insectos
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Hoja de Viburnum lesquereuxii con daño por insectos; formación de Dakota (Cretácico) en Ellsworth County, Kansas. La barra de escala es de 10mm.
Véase también
En inglés: Defence against herbivory Facts for Kids
