Kasvien mekaaniset puolustuskeinot ovat näkyvin ja helpoimmin ymmärrettävä puolustusmuoto: fyysiset rakenteet, jotka tekevät kasvista vaikeasti syötävän, kivuliaasti syötävän tai vaarallisen. Toisin kuin kemialliset puolustuskeinot (näkymättömät, molekyylitasolla toimivat), mekaaniset puolustuskeinot ovat makrorakenteita, jotka toimivat fyysisen kosketuksen kautta. Ero ei kuitenkaan ole aina selvä: monet mekaaniset rakenteet sisältävät myös kemiallisia puolustuskeinoja (ohdakkeen piikki ovat päällystetty ärsyttävillä mikrobeilla, rauhaistrikoomit sisältävät myrkyllisiä aineita).

Perusjaottelu: piikki, neulavat, oksat ja trikoomit

Kasvitieteessä terävät kasvien rakenteet luokitellaan niiden anatomisen alkuperän perusteella: Piikki: verisuonellisen elimen (lehti, oksa, stipula) muutos, joka sisältää verisuonkudosta ja on lujasti kiinnittynyt kasvin puuhun (ei irtoa helposti ilman oksan katkeamista). Esimerkkejä: orapihlaja (Crataegus: piikki ovat muuttuneet oksiksi), silkkipihlaja (Prunus spinosa), sitruunakasvit (piikki ovat muuttuneet oksiksi), laulava (lehdet ovat terävät). Neulava: epidermiksen tai kuoren kasvu ilman sisäistä verisuonkudosta. Se irtoaa helpommin kasvista (kuten ruusun neulavat, jotka irtoavat käsin ilman oksan katkeamista). Esimerkkejä: ruusut (Rosa spp.), ohdakkeet (Rubus spp.), vadelmapensaat. Oksa: termi, jota käytetään joskus piikki-sanan synonyymina laajemmassa merkityksessä. Trikoomit (harjakset, rauhaistukka, polttavat harjakset): mikroskooppiset epidermiksen kasvut. Ne voivat olla yksinkertaisia (ei-rauhaistukka: vähentävät veden haihtumista ja vaikeuttavat hyönteisten liikkumista), rauhaisia (sisältävät myrkyllisiä aineita tai eteerisiä öljyjä: basilika, pelargoni, kannabis) tai polttavia (kuten nokkosen trikoomit: mikroskooppiset ruiskut, jotka ruiskuttavat ihon alle histamiinia, muurahaishappoa ja asetyylikoliinia). Piiksi solukalvossa: jotkut ruohot (bambu, sokeriruoko, Poaceae yleensä) sisällyttävät piiksi-kiteitä (SiO2) lehtiensä solukalvoihin. Tulos: erittäin kovaksi lehdet, jotka kuluttavat nopeasti kasvinpurentijoiden hampaat ja aiheuttavat mikro-repeämät suun limakalvoille. Sokeriruokon kuori on niin hankaava, että se voi rikkoa karjan hampaat, jos se syö sitä liian kauan.

Piikki evoluutionaalisena pelotteena: kilpavarustelun kasvinpurentijoiden kanssa

Piikki ovat kehittyneet itsenäisesti monissa eri kasvien sukuissa (kaktukset, Brassicaceae, ruusut, laulava, akasiat, palmu), mikä osoittaa, että mekaaninen puolustus on evoluutioratkaisu, joka löytyy toistuvasti. Piikkien jakautuminen kasvissa paljastaa niiden tehtävän: piikki keskittyneet nuoriin versoihin ja nuoriin lehtiin (haavoittuvaimmat ja ravinnollisesti arvokkaimmat osat), suuremmat ja tiheämmät piikki kasvin pohjassa, jossa suuret kasvinpurentiajat (karja, hirvieläimet) voivat päästä, tiheämmät piikki alueilla, joissa kasvinpurentijoiden paine on historiallisesti korkea (Afrikan savanni-kasvit: akasiat ovat paljon pidempiä ja lukuisempia piikkejä populaatioissa, jotka elävät norsujen kanssa, verrattuna populaatioihin alueilla ilman norssuja). Akasia ja kirahvi: tutkituin yhteisevoluutio piikkien ja suurten kasvinpurentijoiden välillä. Kirahvit (pitkillä niskalla ja 45 cm:n pitkillä takaiskuilla) syövät lehtiä akasian piikkien välissä ilman loukkaantumista: niiden kielellä on paksut suojaavat keratiini. Akasia reagoi hyökkäykseen lisäämällä piikkien ja tanniinien tuotantoa lehdissään. Kirahvi siirtyy syömään kauempana olevia lehtiä tai muita kasveja. Valinnan paine tuottaa yhä pidempiä piikkejä ja yhä tanniini-rikkaampaa lehtiä akasioissa savannilla, joissa on kirahveja. "Piikkien poistaminen" -koe: Kenian alueilla, joissa norssuja on suljettu pois vuosikymmeniksi (norsu-todisteet aidat), akasiat ovat merkittävästi vähentäneet piikkien tuotantoa muutaman sukupolven aikana. Kasvinpurentijoiden paine on valinnan moottori piikkien puolesta.

Piikki siemenien leviämiseen: kaksoisrooli

Monet piikkikasvit käyttävät piikkejään paitsi puolustukseen myös siemenien koukkuamiseen ohitse kulkeviin eläimiin (epizoochory: siemenien leviäminen kiinnittymällä eläimiin). Pitkäjuurikko (Arctium lappa): tunnetuin italialainen esimerkki. Piikkiset hedelmät (kapitula koukkuisilla involukraalisilla brakte) tarttuvat sitkeästi eläinten turkiin ja ihmisten vaatteisiin. Ne voivat kulkea kilometrejä koiran hännän tai vaeltajan sukkien varassa ennen kuin irtoavat. Pitkäjuurikko inspiroi Velcron-keksinnön: George de Mestral (1948) tutki mikroskoopilla pitkäjuurikon pieniä koukkuja, jotka olivat jääneet hänen sukkaansa, ja ymmärsi Velcron-periaatteen. Silkkipihlaja (Agrimonia eupatoria): hedelmät jäykillä koukkuilla, jotka tarttuvat eläimiin. Yleinen Italiassa metsissä. Daucus carota (villiporkkana): hedelmöitysaikana kukkien varret kaareutuvat sisäänpäin muodostaen piikkisen "pesän", joka tarttuu eläimiin. Koukku ja piikki: sama rakenne (jäykkä, terävä kasvu) palvelee sekä lehtien syönnin estämistä kasvinpurentijoilta että hedelmien koukkuamista levittäville eläimille. Toiminnallinen ero riippuu sijainnista (lehdessä vs. hedelmässä) ja muodosta (suora piste pelotteena vs. koukku, joka tarttuu). Luonnonvalinta on muokannut samaa rakennetta eri tehtäviin kontekstista riippuen.

Kaktukset: mekaanisen puolustuksen äärimmäinen muoto

Kaktukset (heimo Cactaceae, kotoisin Amerikasta) ovat kasveille tyypillisen mekaanisen puolustuksen ja veden säästämisen äärimmäinen esimerkki. Kaktuksen muoto on sopeutuma kuivuuteen ja kasvinpurentijoiden paineeseen: lehdet ovat muuttuneet piikkeiksi (tai ovat evoluution myötä jo kadonneet, ja fotosynteesi tapahtuu mehevässä varren kudoksessa), varsi on tullut pääasialliseksi fotosynteesiorgaaniksi ja vesivarastoksi. Kaktuksen piikkeillä on useita tehtäviä: ensisijainen mekaaninen puolustus kasvinpurentijoita vastaan (pekkarit ja kojootit oppivat nopeasti välttämään lähestymistä), varren lämpötilan alentaminen (piikit luovat seisovan ilmakerroksen, joka estää ylikuumenemista), yöllisen kasteesta kerääminen (hydrofiliset piikkit keräävät kondenssivesipisaroita, jotka valuvat kasvin juurille), passiivinen siemenien leviäminen (joidenkin koukussa olevilla piikkeillä varustettujen kaktuksien siemenet tarttuvat ohitse kulkeviin eläimiin). Opuntian glokidit: piikkipajun pääpiikkien lisäksi sillä on glokidit: pienet mikroskooppiset kaarevat piikki, jotka upottavat ihoon pienimmästäkään kosketuksesta ja ovat lähes mahdottomia poistaa (niissä on kalastavan koukun kaltaiset taaksepäin osoittavat barbit). Glokidit ovat piikkipajun tehokkain puolustus kasvinpurentijoita vastaan, jotka saattaisivat sietää pääpiikkejä. Jopa hansikkaissa olevien ihmisten on oltava varovaisia: glokidit tunkeutuvat monien kudosten läpi. Bambuun mekaaninen puolustus: nuoret bambun silmukkeet (itävät varret) ovat peittyneet ohuilla mikroskooppisilla piidioksidineulasilla (fytoliiteilla), jotka ärsyttävät voimakkaasti monien nisäkkäiden ihoa ja limakalvoja. Kypsillä lehdillä on piidioksidia, joka heikentää ruoansulatusta ja kuluttaa yleisten kasvinpurentijoiden hampaita. Huolimatta tästä jotkut erikoistuneet kasvinpurentijoat (jättiläispanda) ovat sopeutuneet ruokkimaan lähes yksinomaan bambusta.

Nokkonen: kemiallinen puolustus mekaanisen rakenteen sisällä

Piinaava nokkonen (Urtica dioica) on tunnetuin esimerkki mekaanisesta puolustuksesta, johon on integroitu kemialliset komponentit. Nokkosen polttavat trikoomit ovat todellisia ihonalaisia injektiosysteemejä: jokainen polttava karvanen on hauras mikrosyringi, jossa on piidioksidin kärki. Kosketuksessa piidioksidin kärki katkeaa ja jää ihoon upottuneeksi kuin rikki syringi; karvantuksen putkimainen osa (joka sisältää histamiiinia, muurahaishappoa, asetyylikoliinia, serotoniinia ja leukotrieenejä sisältävää liuosta) puristuu ja injisoi sisältönsä katkeaman kärjen kautta ihoon. Vaikutus: polttava tunne ja nokkosihottuma (nokkosihottuma), jonka välittää histamiini ja joka kestää 30–60 minuuttia. Evoluutionainen funktio: pienten ja keskisuurten kasvinpurentijoiden (kurialla, kaniinit, pienet jyrsijät) pelotteleminen, puolustus kasveilla kävelevien hyönteisten vastaan. Suuret eläimet (naudat, hevoset) voivat syödä tuoretta nokkosta, jos ovat nälkäisiä, mutta välttävät sitä, kun voivat. Kuivattu nokkonen menettää polttavuutensa (syringit tuhoutuvat), mutta säilyttää ravintosisältönsä (runsas raudassa, kalsiumissa, C-vitamiinissa, klorofyllissa: erinomainen ruoanlaitossa ja teena). Nokkonen Italiassa: yksi levinneimmistä ja hyödyllisimmistä kasveista ekosysteemissä. Ruoka perhosen toukkien (Vanessa io, Aglais urticae, Polygonia c-album) ravinnoksi, historiallisten tekstiilikuitujen lähde (nokkosenkuitu: käytettiin köysien valmistukseen ennen puuvillaa), perinteinen ruoka (nokkosrisotto, frittata, keitto).