26.4 Hlutverk fræplantna

Námsmarkmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• Útskýrt hvernig fjölbreytileiki dulfrævinga stafar að hluta af mörgum flóknum samskiptum við dýr
• Lýst því hvernig frævun á sér stað
• Rætt hlutverk plantna í vistkerfum og hvernig skógareyðing ógnar líffræðilegri fjölbreytni plantna

Án fræplantna væri líf eins og við þekkjum það ekki mögulegt. Plöntur gegna lykilhlutverki í viðhaldi vistkerfa á landi með því að festa jarðveg, halda kolefni í hringrás og tempra loftslag. Stórir hitabeltisskógar losa súrefni og virka sem koldíoxíðsvelgir. Fræplöntur veita mörgum lífsformum skjól og jurtaætum fæðu og fæða þannig kjötætur óbeint. Annars stigs efnaskiptaefni plantna eru notuð í lækningaskyni og í iðnaðarframleiðslu. Nánast allt dýralíf er háð plöntum til að lifa af.

Dýr og plöntur: jurtaát

Samþróun blómplantna og skordýra er tilgáta sem hefur fengið mikla athygli og stuðning, einkum vegna þess að bæði dulfrævingar og skordýr urðu fjölbreytt um svipað leyti um miðbik miðlífsaldar. Margir höfundar hafa rakið fjölbreytileika plantna og skordýra bæði til frævunar og jurtaáts, það er neyslu skordýra og annarra dýra á plöntum. Talið er að jurtaát hafi verið jafn sterkur drifkraftur og frævun. Samþróun jurtaæta og varna plantna er auðvelt og algengt að sjá í náttúrunni. Ólíkt dýrum geta flestar plöntur hvorki hlaupið undan rándýrum né notað hermilíki til að fela sig fyrir svöngum dýrum, þó hermilíki hafi verið notað til að laða að frjóbera. Eins konar vopnakapphlaup ríkir milli plantna og jurtaæta. Til að verjast jurtaætum eru sum fræ, til dæmis akörn og óþroskuð kakíaldin, rík af alkalóíðum og því ólystug sumum dýrum. Aðrar plöntur eru varðar með berki, þótt sum dýr hafi þróað sérhæfða munnhluta til að rífa og tyggja plöntuefni. Gaddar og þyrnar (Mynd 26.20) fæla flest dýr frá, nema spendýr með þykkan feld, og sumir fuglar hafa sérhæfða gogga til að komast fram hjá slíkum vörnum.

Fræplöntur hafa nýtt sér jurtaát sér til framdráttar. Dreifing aldina með jurtaætum er sláandi dæmi um samhjálp. Plantan býður jurtaætunni næringarríka fæðu gegn því að hún dreifi erfðaefni plöntunnar yfir stærra svæði.

Dýr og plöntur: frævun

Blóm sem frævast með vindi eru yfirleitt lítil, fjaðurkennd og lítt áberandi. Grös eru árangursríkur hópur blómplantna sem eru vindfrævaðar. Þau mynda mikið magn af duftkenndu frjókorni sem berst langar leiðir með vindi. Sum stór tré, svo sem eikur, hlynir og birki, eru einnig vindfrævuð.

Tengill í námsefni

Skoðaðu þessa vefsíðu til að fá frekari upplýsingar um frjóbera.

Meira en 80 prósent dulfrævinga eru háð dýrum til frævunar, það er flutning frjókorna frá frjóhnappi til frænis. Þess vegna hafa plöntur þróað margar aðlaganir til að laða að frjóbera. Þar sem meira en 200.000 mismunandi plöntur eru háðar frævun dýra þurfa plöntur að senda frjóberum sínum nokkuð sértæk merki. Sérhæfing plöntubygginga sem beinast að tilteknum dýrum getur verið mjög sláandi. Til dæmis er hægt að álykta um almennan hóp frjóbera sem planta laðar helst að sér með því að skoða byggingu blómsins. Mörg blóm sem frævast af fuglum eða skordýrum seyta blómasafa, sykruðum vökva. Þau mynda einnig bæði frjótt frjókorn til æxlunar og ófrjótt, næringarríkt frjókorn fyrir fugla og skordýr. Mörg fiðrildi og býflugur geta greint útfjólublátt ljós, og blóm sem laða að þessa frjóbera sýna oft mynstur útfjólublás endurkasts sem hjálpar þeim að finna miðju blómsins fljótt. Þannig safna frævandi skordýr blómasafa um leið og þau verða þakin frjókornum (Mynd 26.21). Stór, rauð blóm með litla lykt með langri trektlögun henta kólibrífuglum, sem hafa góða litaskynjun, veikt lyktarskyn og þurfa trausta setstöðu. Hvít blóm sem opnast á nóttunni laða að mölflugur. Önnur dýr, svo sem leðurblökur, lemúrar og eðlur, geta einnig verið frjóberar. Röskun á slíkum samskiptum, til dæmis hvarf býflugna vegna búhruns, getur valdið alvarlegum skaða í landbúnaði sem er mjög háður frævuðum nytjaplöntum.

Tenging við vísindalega aðferð

Prófun á aðdráttarafli flugna að lykt af rotnandi holdi

Spurning: Munu blóm sem gefa býflugum vísbendingar laða að hræflugur ef þau eru úðuð með efnasamböndum sem lykta eins og rotnandi hold?

Bakgrunnur: Heimsóknir frævandi flugna í blóm ráðast fyrst og fremst af lykt. Flugur laðast að rotnandi holdi og hræjum. Ódaunninn virðist vera helsti aðdráttarþátturinn. Pólýamínin pútresín og kadaverín, sem eru afurðir niðurbrots prótína eftir dauða dýra, valda sterkri lykt rotnandi kjöts. Sumar plöntur laða flugur markvisst að sér með því að mynda pólýamín sem líkjast þeim sem verða til í rotnandi holdi og laða þannig að hræflugur.

Flugur leita uppi dauð dýr vegna þess að þær verpa venjulega eggjum sínum á þau og lirfur þeirra nærast á rotnandi holdinu. Athyglisvert er að réttarskordýrafræðingur getur ákvarðað dánartíma út frá þroskastigum og gerðum lirfa sem finnast á líkum.

Tilgáta: Þar sem flugur laðast að öðrum lífverum út frá lykt en ekki sjón mun blóm sem venjulega laðar býflugur að sér með litum sínum laða að flugur ef það er úðað með pólýamínum sem líkjast þeim sem myndast í rotnandi holdi.

Prófun tilgátunnar:

1. Veldu blóm sem eru venjulega frævuð af býflugum. Hvít petúnía gæti verið góður kostur.
2. Skiptu blómunum í tvo hópa og úðaðu annan hópinn með lausn af annaðhvort pútresíni eða kadaveríni, með hlífðargleraugu og hanska. Pútresín-tvíhýdróklóríð fæst venjulega í 98 prósenta styrk; fyrir þessa tilraun má þynna það í um það bil 50 prósent.
3. Settu blómin á stað þar sem flugur eru til staðar og haltu úðuðum og óúðuðum blómum aðskildum.
4. Fylgstu með hreyfingum flugnanna í eina klukkustund. Skráðu fjölda heimsókna í blómin með töflu sem líkist Töflu 26.2. Þar sem flugur hreyfast hratt getur verið gagnlegt að nota myndbandsupptökuvél til að taka upp samskipti flugu og blóms. Spilaðu myndbandið hægt til að fá nákvæma skráningu á fjölda heimsókna flugna í blómin.
5. Endurtaktu tilraunina fjórum sinnum í viðbót með sömu blómategund en öðrum eintökum.
6. Endurtaktu alla tilraunina með annarri blómategund sem er venjulega frævuð af býflugum.

Greindu gögnin þín: Skoðaðu gögnin sem þú skráðir. Reiknaðu meðalfjölda heimsókna sem flugur gerðu í úðuð blóm í fimm tilraunum með fyrstu blómategundina og berðu hann saman við meðalfjölda heimsókna í óúðuð viðmiðunarblóm. Getur þú dregið einhverjar ályktanir um aðdráttarafl úðuðu blómanna fyrir flugurnar?

Fyrir aðra blómategundina skaltu reikna meðalfjölda heimsókna sem flugur gerðu í úðuð blóm í fimm tilraunum og bera hann saman við meðalfjölda heimsókna í óúðuð viðmiðunarblóm. Getur þú dregið einhverjar ályktanir um aðdráttarafl úðuðu blómanna fyrir flugurnar?

Berðu saman meðalfjölda heimsókna sem flugur gerðu í blómategundirnar tvær. Getur þú dregið einhverjar ályktanir um hvort útlit blómsins hafi haft áhrif á aðdráttarafl flugna? Yfirgnæfði lyktin útlitsmuninn, eða löðuðust flugurnar meira að annarri blómategundinni en hinni?

Dragðu ályktun: Styðja niðurstöðurnar tilgátuna? Ef ekki, hvernig má útskýra athuganir þínar?

Mikilvægi fræplantna í lífi manna

Fræplöntur eru undirstaða mataræðis manna um allan heim (Mynd 26.22). Mörg samfélög neyta nær eingöngu jurtafæðu og treysta alfarið á fræplöntur til að fullnægja næringarþörf sinni. Fáeinar nytjaplöntur, svo sem hrísgrjón, hveiti og kartöflur, ráða miklu í landbúnaðarlandslaginu. Margar nytjaplöntur urðu til á landbúnaðarbyltingunni, þegar mannleg samfélög færðust frá flökkulífi veiðimanna og safnara yfir í garðyrkju og landbúnað. Korn, sem er ríkt af kolvetnum, er undirstaða margra mataræða. Baunir og hnetur veita prótín. Fita fæst úr muldum fræjum, eins og jarðhnetu- og repjuolíu, eða úr aldinum eins og ólífum. Búfjárrækt notar einnig mikið magn nytjaplantna.

Engin umræða um framlag fræplantna til mataræðis manna væri fullkomin án þess að áfengi væri nefnt. Gerjun sykurs og sterkju úr plöntum er notuð til að framleiða áfenga drykki í öllum samfélögum. Í sumum tilvikum verða drykkirnir til við gerjun sykurs úr aldinum, eins og í víni, en í öðrum tilvikum við gerjun kolvetna úr fræjum, eins og í bjór. Samnýting matar og drykkja á einnig þátt í félagslegum siðum manna.

Fræplöntur hafa mörg önnur notagildi, þar á meðal að veita við sem timbur til bygginga, eldsneyti og efni í húsgögn. Mestur pappír er unninn úr kvoðu barrtrjáa. Trefjar fræplantna, svo sem bómull, hör og hampur, eru ofnar í klæði. Textíllitir, svo sem indígó, voru að mestu úr plöntum þar til tilbúin efnafræðileg litarefni komu fram.

Að lokum er erfiðara að mæla ávinninginn af skrautfræplöntum. Þær prýða einka- og almenningsrými, bæta fegurð og friðsæld við líf manna og veita málurum og skáldum innblástur.

Lækningaeiginleikar plantna hafa verið þekktir í mannlegum samfélögum frá fornu fari. Tilvísanir í notkun græðandi eiginleika plantna finnast í egypskum, babýlónskum og kínverskum ritum frá því fyrir 5.000 árum. Mörg nútímaleg tilbúin lækningalyf eru unnin úr eða smíðuð eftir annars stigs efnaskiptaefnum plantna. Oft getur hrátt form plöntunnar eða plöntuefnisins verið ónothæft þótt það sýni gagnlega eiginleika. Chaulmoogra-olía var til dæmis nokkuð gagnleg við meðferð holdsveiki, en hún var erfið í notkun og olli sjúklingum sársauka. Árið 1915 þróaði Alice Ball, aðeins 23 ára, aðferð til að vinna virku ester-samböndin úr olíunni þannig að líkaminn gæti tekið þau upp. Þannig varð til mun áhrifaríkari meðferð án neikvæðra aukaverkana. „Ball-aðferðin“ var áfram kjöraðferðin þar til tilbúin lyf leystu hana af hólmi nokkrum áratugum síðar. Mikilvægt er að hafa í huga að sami plöntuútdráttur getur verið lækningalyf í lágum styrk, orðið ávanabindandi lyf í stærri skömmtum og hugsanlega drepið í háum styrk. Eftirfarandi yfirlit sýnir nokkur lyf, upprunaplöntur þeirra og læknisfræðilega notkun.

Plöntuuppruni lækningaefna og læknisfræðileg notkun

Plöntulyf eru mikilvæg fyrir heilsu, en önnur áskorun við notkun þeirra er aðgengi að upprunaplöntunni og hvar hún finnst. Þegar lyf verður víða notað geta takmarkanir á framboði leitt til hás kostnaðar og skorts, og ófyrirséð vandamál, svo sem náttúruhamfarir, geta skapað erfiðleika með aðgengi. Í flestum tilvikum leita vísindamenn og lyfjaframleiðendur að tilbúnum útgáfum efnanna og/eða leiðum til að fjöldaframleiða þau utan venjulegs vaxtarferlis plantna. Efnafræðingurinn Percy Julian þróaði leiðir til að fjöldaframleiða fjölmörg lyf, þar á meðal aðferðir til að smíða glákulyfið fýsóstigmín, fjöldaframleiða prógesterón úr sojabaunum til að koma í veg fyrir fósturlát og smíða hin mikið notuðu lyf kortisón og hýdrókortisón á ódýran hátt. Slík viðleitni jók mjög bæði aðgengi að lyfjum og stöðugleika þeirra.

Starfstengsl

Þjóðagrasafræðingur

Hið tiltölulega nýja svið þjóðagrasafræði rannsakar samskipti tiltekinnar menningar og plantna sem eru upprunnar á svæðinu. Fræplöntur hafa mikil áhrif á daglegt líf manna. Plöntur eru ekki aðeins helsta uppspretta fæðu og lyfja heldur hafa einnig áhrif á marga aðra þætti samfélagsins, frá klæðnaði til iðnaðar. Lækningaeiginleikar plantna voru snemma þekktir í menningu manna. Frá miðri 20. öld tóku tilbúin efni að leysa plöntulyf af hólmi.

Lyfjagrasafræði er sú grein lyfjafræðinnar sem beinist að lyfjum úr náttúrulegum uppsprettum. Með víðtækri hnattvæðingu og iðnvæðingu getur mikil mannleg þekking á plöntum og lækninganotkun þeirra horfið með menningunum sem varðveittu hana. Þar koma þjóðagrasafræðingar til sögunnar. Til að læra um og skilja notkun plantna í tiltekinni menningu þarf þjóðagrasafræðingur bæði þekkingu á plöntulífi og skilning á og virðingu fyrir fjölbreyttum menningarheimum og hefðum. Amasónskógurinn hýsir ótrúlega fjölbreyttan gróður og er talinn vannýtt uppspretta lækningaplantna; samt er bæði vistkerfinu og frumbyggjamenningum þess ógnað með útrýmingu.

Til að verða þjóðagrasafræðingur þarf víðtæka þekkingu á plöntulíffræði, vistfræði og félagsfræði. Ekki eru aðeins plöntusýni rannsökuð og þeim safnað, heldur einnig sögur, uppskriftir og hefðir sem tengjast þeim. Í augum þjóðagrasafræðinga eru plöntur ekki aðeins líffræðilegar lífverur sem rannsakaðar eru á rannsóknarstofu heldur óaðskiljanlegur hluti af menningu manna. Samruni sameindalíffræði, mannfræði og vistfræði gerir þjóðagrasafræði að sannarlega þverfaglegri vísindagrein.

Líffræðileg fjölbreytni plantna

Líffræðileg fjölbreytni tryggir auðlind fyrir nýjar nytjaplöntur og lyf. Plöntulíf heldur vistkerfum í jafnvægi, verndar vatnasvið, dregur úr jarðvegseyðingu, temprar loftslag og veitir mörgum dýrategundum skjól. Ógnir við fjölbreytni plantna koma hins vegar úr mörgum áttum. Hröð fjölgun mannkyns, einkum í hitabeltislöndum þar sem fæðingartíðni er hæst og efnahagsþróun er í fullum gangi, leiðir til alvarlegrar ásóknar manna inn á skógi vaxin svæði. Til að fæða vaxandi mannfjölda þarf fólk að afla ræktarlands og því hefur átt sér stað, og heldur áfram, stórfelldur skógarruðningur. Þörfin fyrir meiri orku til að knýja stærri borgir og efnahagsvöxt þeirra leiðir til stíflugerðar, tilheyrandi flóða yfir vistkerfi og aukinnar losunar mengunarefna. Aðrar ógnir við hitabeltisskóga koma frá veiðiþjófum og ólöglegum skógarhöggsmönnum sem fella tré vegna verðmæts viðar. Svartviður og brasilískur rósaviður, sem báðir eru á válista, eru dæmi um trjátegundir sem hafa verið knúnar nærri útrýmingu með óhóflegu skógarhöggi. Þessi óheillavænlega iðja heldur áfram að mestu óhindruð enn í dag, einkum vegna skorts á stjórn á fólksfjölda og pólitískum vilja.

Plöntutegundum sem deyja út fjölgar með ískyggilegum hraða. Þar sem vistkerfi eru í viðkvæmu jafnvægi og fræplöntur viðhalda nánum samhjálpartengslum við dýr, hvort sem þau eru rándýr eða frjóberar, getur hvarf einnar plöntu leitt til útrýmingar tengdra dýrategunda. Raunverulegt og aðkallandi vandamál er að margar plöntutegundir hafa ekki enn verið skráðar og því er hlutverk þeirra í vistkerfinu óþekkt. Þessum óþekktu tegundum stafar ógn af skógarhöggi, eyðingu búsvæða og tapi frjóbera. Þær kunna að deyja út áður en við fáum tækifæri til að skilja möguleg áhrif þess að þær hverfi. Viðleitni til að varðveita líffræðilega fjölbreytni fer fram á ýmsan hátt, allt frá varðveislu fræja af gömlum yrkjum til DNA-strikamerkingar tegunda. Fræ af gömlum yrkjum koma af plöntum sem voru jafnan ræktaðar í mannlegum samfélögum, öfugt við fræ sem notuð eru í stórfelldri landbúnaðarframleiðslu. DNA-strikamerking er aðferð þar sem ein eða fleiri stuttar genaraðir úr vel þekktum hluta DNA, sem finnst í flestum erfðamengjum, eru notaðar til að bera kennsl á tegund með DNA-greiningu.