As defesas mecânicas das plantas são as mais visíveis e fáceis de compreender: estruturas físicas que tornam uma planta difícil, dolorosa ou perigosa de comer. Ao contrário das defesas químicas (invisíveis, moleculares), as defesas mecânicas são macroestrutura que funcionam através do contato físico. Mas a distinção nem sempre é clara: muitas estruturas mecânicas também contêm defesas químicas (os espinhos da silva são revestidos de micróbios irritantes, os tricomas glandulares contêm toxinas).

A distinção fundamental: espinhos, acúleos, espinhos-de-ramo e tricomas

Em botânica, as estruturas pontiagudas das plantas são classificadas pela sua origem anatômica: Espinho: uma modificação de um órgão vascular (folha, ramo, estípula) que contém tecido vascular e está firmemente ligado à madeira da planta (não se destaca facilmente sem quebrar o ramo). Exemplos: espinheiro-alvar (Crataegus: os espinhos são ramos modificados), ameixoeira-brava (Prunus spinosa: o abrunho), citrinos (os espinhos são ramos modificados), azevinho (as folhas têm pontas afiadas). Acúleo: um crescimento da epiderme ou casca, sem tecido vascular interno. Destaca-se mais facilmente da planta (como os acúleos da rosa, que saem à mão sem quebrar o ramo). Exemplos: rosas (Rosa spp.), silvas (Rubus spp.), framboesas. Espinho: um termo por vezes usado como sinônimo de espinho no sentido amplo. Tricomas (cerdas, pelos glandulares, pelos urticantes): crescimentos epidérmicos microscópicos. Podem ser simples (pelos não-glandulares: reduzem a perda de água e dificultam a caminhada dos insetos), glandulares (contêm toxinas ou óleos essenciais: manjericão, gerânio, canábis), ou urticantes (como os tricomas da urtiga: seringas microscópicas que injetam histamina, ácido fórmico e acetilcolina sob a pele). Sílica na parede celular: algumas gramíneas (bambu, cana-de-açúcar, Poaceae em geral) incorporam cristais de sílica (SiO2) nas paredes celulares das suas folhas. O resultado: folhas extremamente duras que desgastam rapidamente os dentes dos herbívoros e causam micro-lacerações na mucosa oral. A casca da cana-de-açúcar é tão abrasiva que pode quebrar os dentes do gado que a come durante muito tempo.

Espinhos como dissuasor evolutivo: a corrida armamentista com herbívoros

Os espinhos evoluíram independentemente em muitas linhagens de plantas diferentes (cactos, Brassicaceae, rosas, azevinhos, acácias, palmeiras), demonstrando que a defesa mecânica é uma solução evolutiva encontrada repetidamente. A distribuição dos espinhos na planta revela a sua função: espinhos concentrados em brotos jovens e folhas jovens (as partes mais vulneráveis e nutricionalmente mais valiosas), espinhos maiores e mais densos na base da planta onde os grandes herbívoros (gado, veados) conseguem alcançar, espinhos mais densos em áreas onde a pressão dos herbívoros é historicamente elevada (plantas da savana africana: as acácias têm espinhos muito mais longos e numerosos em populações simpátricas com elefantes em comparação com populações em áreas sem elefantes). A acácia e a girafa: a co-evolução mais estudada entre espinhos e grandes herbívoros. As girafas (com pescoços longos e línguas preênseis de 45 cm) comem folhas entre os espinhos da acácia sem se ferirem: a sua língua tem queratina protetora espessa. A acácia responde ao ataque aumentando a produção de espinhos e taninos nas suas folhas. A girafa muda a alimentação para folhas mais distantes ou outras plantas. A pressão seletiva produz espinhos cada vez mais longos e folhas cada vez mais ricas em taninos nas acácias das savanas com girafas. A experiência do "remover os espinhos": em áreas do Quénia onde os elefantes foram excluídos durante décadas (cercas à prova de elefantes), as acácias reduziram significativamente a produção de espinhos ao longo de algumas gerações. A pressão dos herbívoros é o motor da seleção para espinhos.

Espinhos para dispersão de sementes: um papel duplo

Muitas plantas espinhosas usam os seus espinhos não apenas para defesa, mas também para prender sementes aos animais que passam (epizoocoria: dispersão de sementes através da fixação a animais). Bardana (Arctium lappa): o exemplo italiano mais bem conhecido. Os frutos espinhosos (capítulos com brácteas involucrais em gancho) agarram-se tenazmente ao pelo dos animais e à roupa humana. Podem viajar quilômetros presos à cauda de um cão ou aos meias de um caminhante antes de se soltarem. A bardana inspirou a invenção do velcro: George de Mestral (1948) examinou ao microscópio os pequenos ganchos das brácteas da bardana apanhados nas suas meias e percebeu o princípio do velcro. Agrimónia (Agrimonia eupatoria): frutos com ganchos rígidos que se agarram aos animais. Comum nas florestas italianas. Daucus carota (cenoura selvagem): durante a frutificação, os pedúnculos florais curvam-se para dentro formando um "ninho" espinhoso que se agarra aos animais. O gancho e o espinho: a mesma estrutura (crescimento rígido e pontiagudo) serve para desencorajar os herbívoros de comer folhas e para prender frutos aos animais dispersores. A distinção funcional depende da posição (na folha vs. no fruto) e da forma (ponta reta como dissuasor vs. gancho que apanha). A seleção natural moldou a mesma estrutura para funções diferentes dependendo do contexto.

Cactos: a forma mais extrema de defesa mecânica

Os cactos (família Cactaceae, nativos das Américas) são o exemplo mais extremo de defesa mecânica vegetal combinada com redução da perda de água. A morfologia do cacto é uma resposta adaptativa à aridez e à pressão de herbívoros: as folhas foram reduzidas a espinhos (ou já estão evolutivamente ausentes: a clorofila está no caule suculento), o caule se tornou o principal órgão fotossintético e reservatório de água. Os espinhos do cacto têm múltiplas funções: defesa mecânica primária contra herbívoros (pecarís e coiotes rapidamente aprendem a não se aproximar), redução da temperatura do caule (criando uma camada de ar estagnado que reduz o superaquecimento), coleta do orvalho noturno (espinhos hidrofílicos coletam microgotas de condensação que fluem em direção à base da planta), dispersão passiva de sementes (alguns cactos com espinhos curvos se agarram a mamíferos que passam). Os gloquídios da Opuntia: além dos espinhos principais, a palma tem gloquídios: minúsculos espinhos microscópicos curvos que se fixam na pele ao menor toque e são quase impossíveis de remover (têm barbas retrógradas como anzóis de pesca). Os gloquídios são a defesa mais eficaz da Opuntia contra herbívoros que poderiam tolerar os espinhos principais. Até mesmo humanos com luvas devem ter cuidado: os gloquídios penetram através de muitos tecidos. Defesa mecânica do bambu: os brotos jovens de bambu (colmos germinando) são cobertos com minúsculas agulhas de sílica microscópicas (fitólitos) que irritam intensamente a pele e as membranas mucosas de muitos mamíferos. As folhas maduras contêm sílica que reduz a digestibilidade e desgasta os dentes de herbívoros generalistas. Apesar disso, alguns herbívoros especializados (o panda-gigante) se adaptaram para se alimentar quase exclusivamente de bambu.

A urtiga: defesa química dentro de estrutura mecânica

A urtiga-comum (Urtica dioica) é o exemplo mais famoso de defesa mecânica com componentes químicos integrados. Os tricomas urticantes da urtiga são verdadeiros sistemas de injeção subcutânea: cada pelo urticante é uma microssiringa frágil com ponta de sílica. Ao entrar em contato, a ponta de sílica se quebra, permanecendo cravada na pele como uma seringa quebrada; o corpo tubular do pelo (que contém uma solução de histamina, ácido fórmico, acetilcolina, serotonina e leucotrienos) é comprimido e injeta seu conteúdo através da ponta quebrada na pele. O efeito: queimação e urticária (erupção cutânea) mediada por histamina, durando 30–60 minutos. A função evolutiva: dissuadir herbívoros pequenos e médios (veados-do-mato, coelhos, pequenos roedores), defesa contra insetos que caminham na planta. Animais grandes (gado, cavalos) podem comer urtiga fresca se tiverem fome, mas a evitam quando podem. Desidratada (seca) ou cozida, a urtiga perde sua função urticante (as microsseringas são destruídas), mas mantém o conteúdo nutricional (rica em ferro, cálcio, vitamina C, clorofila: excelente na culinária e como chá). Urtiga na Itália: uma das plantas mais difundidas e mais úteis do ecossistema. Alimento para larvas de borboletas (Vanessa io, Aglais urticae, Polygonia c-album), fonte de fibras têxteis históricas (cânhamo de urtiga: usado para fazer cordas antes da adoção do algodão), alimento tradicional (risoto de urtiga, fritata, sopa).