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terça-feira, 1 de janeiro de 2008 - 00:00

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Defesas das Plantas

por: Colunista Portal - Educação

O conflito entre os herbívoros e as plantas assemelha-se àquele entre os parasitos e hospedeiros no sentido de que ambos são promovidos em campos de batalha bioquímicos. As defesas das plantas contra os herbívoros incluem o valor nutritivo inerentemente baixo da maioria dos tecidos vegetais e as propriedades tóxicas dos assim chamados compostos secundários produzidos e armazenados para a defesa. Organismos marinhos sésseis, incluindo tanto plantas quanto animais, também empregam diversas defesas químicas. Defesas estruturais, como espinhos, pêlos e coberturas de sementes resistentes, são também importantes.

A qualidade nutricional e a digestibilidade dos alimentos vegetais são críticos para os herbívoros. Como os animais jovens têm alta exigência protéica para o crescimento, o sucesso reprodutivo de mamíferos que se alimentam de plantas depende do conteúdo protéico de sua alimentação. Os herbívoros normalmente selecionam alimentos vegetais de acordo com seu conteúdo de celulose; frutas e sementes são particularmente nutritivas comparadas com folhas, caules e brotos.

Muitas plantas usam substâncias químicas para reduzir a disponibilidade de proteínas aos herbívoros. Por exemplo, os taninos armazenados em vacúolos nas folhas do carvalho (família Fagaceae, Quercus) e de outras plantas combinam-se com as proteínas das folhas e enzimas digestivas nos intestinos dos herbívoros, e assim dificultam a digestão das proteínas. Deste modo, os taninos diminuem consideravelmente o crescimento de lagartas e outros herbívoros, reduzindo a qualidade dos possuidores de tanino como alimento vegetal. Com a formação de taninos nas folhas de carvalho durante o verão, cada vez menos folhas de carvalho são atacadas por herbívoros. Os insetos, por sua vez, podem reduzir os efeitos ser inibitórios do tanino através da produção de surfactantes semelhantes aos detergentes nos fluidos de sues intestinos, os quais tendem a desagregar os complexos tanino-proteína.

Enquanto os taninos apresentam uma reação generalizada com proteínas de todos os tipos, muitas substâncias secundárias das plantas (isto é, aquelas não usadas para o metabolismo, mas para outros propósitos, principalmente defesa) interferem com os ciclos metabólicos ou processos fisiológicos específicos dos herbívoros. Porém, devido aos pontos de ação de tais substâncias estarem localizados bioquimicamente, os herbívoros podem contra-atacar seus efeitos tóxicos mediante a modificação de sua própria fisiologia e bioquímica. A desintoxicação pode envolver um ou mais passos bioquímicos, incluindo oxidação, redução ou hidrolisação da substância tóxica, ou sua conjugação com outro composto.

Diversos estudos anteriores da química trocada entre herbívoros e plantas focalizaram-se nas larvas de besouros bruchídeo, muitas das quais infestam as sementes de legumes (família das ervilhas). Os bruchídeos adultos põem seus ovos em sementes de vagens em desenvolvimento. As larvas então eclodem e enterram-se nas sementes, as quais consomem à medida que crescem. Para contra-atacar, as leguminosas montaram diversas defesas, incluindo o desenvolvimento de pequenas sementes. Cada larva se alimenta de somente uma semente. Para empupar com sucesso metamorfosear-se em adulto, a larva deve atingir determinado tamanho, o qual é em última instância limitado pela quantidade de alimento na semente. As sementes pequenas de algumas espécies de leguminosas contêm muito pouco alimento para sustentar o crescimento de uma única larva.

A maioria dos legumes também contém substâncias que inibem as enzimas proteolíticas produzidas nos órgãos digestivos dos herbívoros. Embora essas toxinas proporcionem uma defesa bioquímica eficiente contra a maioria dos insetos, muitos besouros bruchídeos têm ciclos metabólicos que ou as contornam ou são insensíveis a elas. Entre as espécies de leguminosas, contudo, a soja permanece sendo resistente ao ataque da maioria dos besouros bruchídeos. Quando os bruchídeos depositam seus ovos em sementes de soja, as larvas do primeiro estágio morrem logo após enterrar-se sob a cobertura da semente; substâncias químicas isoladas da soja têm mostrado inibir o desenvolvimento das larvas de bruchídeos em situações de laboratório.

Sementes da árvore leguminosa tropical Dioclea megacarpa contêm 135 de peso seco de L-canavanina, um aminoácido não-protéico que é tóxico para a maioria dos insetos porque interfere com a incorporação de proteínas de arginina, com a qual muito se assemelha. Uma espécie de bruchídeo, Caryedes brasiliensis, possui enzimas que diferenciam a L-canavanina da arginina durante a formação de proteína e enzimas adicionais que degradam a L-canavanina em formas que podem ser usadas como fontes de nitrogênio. Para toda defesa, um novo ataque pode ser inventado.

O verme-de-chifre do tabaco (estágio larval da mariposa Manduca sexta) pode tolerar concentrações de nicotina na sua dieta em níveis muito acima daqueles que matariam outros insetos. A nicotina interrompe o funcionamento normal do sistema nervoso porque impede as transmissões de impulsos de um nervo para o outro. O verme-de-chifre contorna essa defesa excluindo a nicotina do sistema nervoso na membrana celular ( em outras espécies de mariposa, a nicotina rapidamente se difunde nas células nervosas). A resistência a nicotina capacita à M. sexta alimentar-se de tabaco (Nicotiana tabacum), que é da família dos tomates (Solanaceae), mas algumas outras espécies de Nicotiana produzem outras toxinas alcalóides que o verme-do-chifre não consegue tolerar. Quando vermes-de-chifre do tabaco foram criados com 44 espécies de Nicotiana em experimentos em estufas, as larvas cresceram normalmente em 25 espécies mas foram retardadas ou impedidas completamente em outras. Além disso, 15 das espécies causaram mortalidade parcial ou extensa.

A maioria das plantas produz compostos tóxicos e defensivos. Muitos destes, como a piretrina, são fontes importantes de pesticidas (tal como as plantas os utilizam); outros, como a digitalina, têm encontrado uso como medicamento (alguns de seus efeitos farmacológicos são benéficos em pequenas doses). Os compostos vegetais secundários podem ser divididos em três grandes classes de estrutura química: compostos nitrogenados em última instância derivados de aminoácidos, (terpenóides e fenólicos). Entre as substâncias baseadas em nitrogênio estão a lignina, um polímero altamente condensado que resiste à digestão; alcalóides, tais como a morfina (derivada da papoula - Papaver), a atropina e a nicotina (de diversos membros da família dos tomates); aminoácidos não-protéicos, como a L-canavanina; e glicosídios cianogênicos, os quais produzem cianeto (HCN). Os terpenóides incluem óleos essenciais, látex e resinas vegetais; entre os fenólicos, muitos fenóis simples têm propriedades antimicrobianas.

Quando a herbivoria é mais intensa, as plantas apresentam toxinas mais concentradas e também mais variadas. E quando as defesas das plantas são fortes, proliferam as adaptações dos herbívoros para desintoxicar as substâncias venenosas. Essa guerra entre plantas e herbívoros promove a especialização bioquímica de herbívoros a certos grupos restritos de plantas com toxinas semelhantes. As associações de plantas e herbívoros a certos grupos restritos de plantas com toxinas semelhantes. As associações de plantas e herbívoros em grupos baseados na química vegetal e na estrutura têm sido denominadas grêmios de defesa vegetal.

Pesquisas recentes têm mostrado que as defesas das plantas podem ser induzidas por ataque dos herbívoros. Os alcalóides, os fenólicos, as N-oxidases e as proantocianinas, todos ligados a defesas anti-herbívoros, aumentaram drasticamente em muitas plantas após a desfolhação por herbívoros ou o corte das folhas por pesquisadores. Outros estudos têm mostrado que as respostas das plantas à pastagem podem reduzir substancialmente a herbivoria subseqüente. A indução sugere que as defesas químicas são muitas vezes caras demais para serem mantidas de forma econômica durante níveis de pastagem leve. Indubitavelmente, as táticas ofensivas bioquímicas dos herbívoros são também custosas.

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