Leaµes, ursos e outras criaturas com garras tendem a ocupar o topo da lista dos pais mais protetores da natureza, mas um novo estudo descobriu que as plantas também podem ir longe para proteger seus filhotes.

Em um novo estudo, publicado em 17 de agosto na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , os pesquisadores de Stanford mostram que as plantas de rabanete selvagem ativam diferentes genes anti-predadores durante as principais fases de suas vidas em resposta a  predação de lagartas. Além disso, as plantas também podem passar essas estratanãgias defensivas “sob demanda” para seus descendentes, a fim de prepara¡-los para a predação que provavelmente experimentara£o como mudas e adultos.

Os cientistas sabem que as plantas parentais podem passar defesas aºteis para seus descendentes, mas como as plantas alocam essas defesas ao longo do tempo e atravanãs das gerações épouco compreendido. Entender como as plantas se protegem éimportante para os humanos por várias razaµes, explicou o autor saªnior Rodolfo Dirzo , o Bing Professor de Ciências Ambientais na Escola de Humanidades e Ciências .

Por exemplo, a aspirina, a morfina e o medicamento para o coração digital são alguns dos muitos medicamentos derivados das defesas químicas criadas pelas plantas. As defesas naturais das plantas também podem ser exploradas pelos humanos para proteger as plantações e para o manejo de pragas.

“A história da humanidade foi fortemente influenciada pela evolução das interações planta-inseto”, disse Dirzo, que também émembro saªnior do Stanford Woods Institute for the Environment .

As plantas se armam com toxinas, espinhos e outras defesas químicas e físicas para manter afastados os animais que se alimentam de plantas, conhecidos como herba­voros. Mas a produção de defesas pode ser cara para as plantas, então elas geralmente gastam seus recursos em defesas anti-herba­voros apenas quando isso as beneficia mais.

Nas plantas, os genes responsa¡veis ​​por gerar defesas anti-predadores são frequentemente “ativados” por meio de um “interruptor” qua­mico chamado metilação do DNA. A metilação do DNA éum exemplo de mecanismo epigenanãtico ("epi" que significa "no topo de") que modifica o comportamento do gene sem alterar a sequaªncia de DNA subjacente dos pra³prios genes.

Quando Mar Sobral se juntou ao laboratório de Dirzo como pa³s-doutoranda em 2011, ela começou a investigar como a predação pode afetar asmudanças epigenanãticas heredita¡rias.

Em um estudo publicado em mara§o de 2021 na Frontiers in Plant Science , a equipe mostrou que rabanetes selvagens eram muito mais propensos a produzir flores rosa ou roxas se seus pais fossem atacados por lagartas.

“Aparentemente, asmudanças epigenanãticas ligadas ao aumento das defesas físicas e químicas também podem induzirmudanças na produção de pigmentos porque tem vias relacionadas”, explicou Sobral, que agora épesquisador da Universidade de Santiago de Compostela na Espanha e éo primeiro autor de ambos os estudos.

A fim de se aprofundar em como as plantas evoluem e passam defesas para seus descendentes em resposta a  predação, Sobral, Dirzo e Isabelle Neylan, uma ex-graduando no laboratório de Dirzo, projetou um experimento de estufa multigeracional para explorar as interações entre plantas de rabanete selvagem e seu principal predador , a lagarta borboleta do repolho.

Em rabanetes selvagens, as defesas anti-predadores se manifestam como pelos de folhas eria§adas e a³leo de mostarda ta³xico. A equipe queria saber como as plantas de rabanete selvagem alocam suas defesas físicas e químicas como mudas e adultos, e como as defesas intensificadas durante um determinado esta¡gio da vida podem ser transmitidas atravanãs das gerações.

O experimento em estufa permitiu aos pesquisadores explorar suas questões em um ambiente controlado - apenas lagartas de borboletas-repolho pastavam nas plantas de rabanete selvagem, e as plantas recebiam muita luz, a¡gua, nutrientes e uma temperatura constante.

Os pesquisadores levantaram a hipa³tese de que as plantas de rabanete selvagem ativariam as defesas em resposta a ataques de lagartas.

Eles também previram que os descendentes de plantas atacadas por lagartas teriam mais defesas e seriam mais propensos a produzir defesas quando atacados por lagartas.

Por último, como as mudas são fra¡geis e tem maior probabilidade de sofrer danos letais nesta fase de vida, a equipe previu que a capacidade de induzir defesas seria mais forte nas mudas.

Os pesquisadores testaram suas previsaµes usando 160 plantas de rabanete selvagem e dezenas de lagartas vorazes. As lagartas foram autorizadas a atacar as plantas por duas semanas durante dois esta¡gios-chave da vida - quando as mudas produziram suas duas primeiras folhas e quando as plantas adultas floresceram. Para efeito de comparação, uma amostra de plantas de controle foi mantida livre do ataque de lagartas.

Os pesquisadores estimaram a eficácia das defesas físicas de cada planta contando a densidade dos fios de cabelo em amostras de folhas. Suas defesas químicas, na forma de a³leo de mostarda exalado das folhas, também foram coletadas e analisadas. Finalmente, o tecido foliar de plantas atacadas e não atacadas foi analisado quanto a sinais de metilação de DNA.

O estudo confirmou que a metilação do DNA éum chamado qua­mico a s plantas de rabanete e que os ataques de lagartas famintas desencadeiam a metilação do DNA nas plantas-ma£e e em seus descendentes.

Os experimentos com a prole de plantas de rabanete selvagem atacadas revelaram que as defesas físicas e químicas dos rabanetes selvagens eram facilmente ativadas pela predação no esta¡gio de muda. No entanto, apenas as defesas químicas - não as defesas físicas - foram implantadas pelas plantas adultas em resposta ao ataque.

“Houve várias surpresas”, disse Sobral. “Nãoespera¡vamos que as plantas adultas pudessem ser induzidas a produzir defesas e pudessem exibir as defesas que herdaram de seus ancestrais. Presumimos que esses processos estavam acontecendo principalmente na fase de mudas. ”

Descobrir que as plantas de rabanete selvagem podem ativar as defesas anti-predadores como mudas e adultos, mas que os adultos são podem usar defesas químicas, também foi uma surpresa; geralmente pensava-se que apenas as mudas podem ativar as defesas anti-predadores.

Este estudo ajuda a informar nossa compreensão das muitas e complexas interações inseto-planta na Terra, dizem os pesquisadores.

“ Cerca de 50 por cento das espanãcies que os cientistas descobriram e nomearam no planeta são compostas de plantas 'superiores' (como samambaias, cona­feras e plantas com flores) e os insetos que se alimentam delas”, disse Dirzo.

E essas são apenas as espanãcies que conhecemos, ressaltou. “Assim, suas interações representam uma caracterí­stica central da biodiversidade da Terra”, acrescentou. “Nãopodemos entender a diversidade da vida na Terra sem entender as interações entre as plantas e os organismos que se alimentam delas.”