Växternas mekaniska försvar är de mest synliga och lättast att förstå: fysiska strukturer som gör en växt svår, smärtsam eller farlig att äta. Till skillnad från kemiska försvar (osynliga, molekylära) är mekaniska försvar makrostrukturer som fungerar genom fysisk kontakt. Men gränsen är inte alltid skarp: många mekaniska strukturer innehåller också kemiska försvar (törnrostaggar är täckta med irriterande mikrober, körtelhår innehåller gifter).

Den grundläggande skillnaden: taggar, prickar, törner och trichomer

Inom botaniken klassificeras spetsiga växtstrukturer efter sitt anatomiska ursprung: Tagg: en modifiering av ett kärlvävnadsörgans (blad, gren, stipel) som innehåller kärlvävnad och är fast förbunden med växtens ved (lossnar inte lätt utan att bryta av grenen). Exempel: hagtorn (Crataegus: taggerna är modifierade grenar), slånbär (Prunus spinosa), citrusträd (taggerna är modifierade grenar), järnek (bladen har spetsiga spetsar). Pricka: en utväxt från epidermis eller bark, utan intern kärlvävnad. Den lossnar lättare från växten (som rostaggar, som går av för hand utan att bryta grenen). Exempel: rosor (Rosa spp.), törnbuskar (Rubus spp.), hallon. Törne: en term som ibland används som synonym för tagg i bred bemärkelse. Trichomer (borst, körtelhår, stinghår): mikroskopiska epidermala utväxter. De kan vara enkla (icke-körtelhår: minskar vattenförlust och gör det svårt för insekter att gå), körtlade (innehåller gifter eller eteriska oljor: basilika, pelargon, cannabis) eller stingande (som nässlor: mikroskopiska sprutor som injicerar histamin, myrsyra och acetylkolin under huden). Kiseldioxid i cellväggen: vissa gräs (bambu, sockerrör, Poaceae i allmänhet) inkorporerar kiselkristaller (SiO2) i cellväggarna på sina blad. Resultatet: extremt hårda blad som snabbt sliter på växtätarnas tänder och orsakar mikroskopiska sår i munhålan. Sockerrörsbark är så slitande att den kan bryta tänderna på nötkreatur som äter den för länge.

Taggar som evolutionärt försvar: rustningskapplöpningen med växtätare

Taggar har utvecklats oberoende i många olika växtlinjer (kaktusar, Brassicaceae, rosor, järnekar, akacior, palmer), vilket visar att mekaniskt försvar är en evolutionär lösning som återkommer ofta. Fördelningen av taggar på växten avslöjar deras funktion: taggar koncentrerade på unga skott och unga blad (de mest sårbara och näringsvärda delarna), större och tätare taggar vid växtens bas där stora växtätare (nötkreatur, hjortar) kan nå, tätare taggar i områden där växtätartrycket historiskt är högt (afrikansk savann: akacior har mycket längre och fler taggar i populationer tillsammans med elefanter jämfört med populationer utan elefanter). Akacian och giraffen: den mest studerade samevolutionen mellan taggar och stora växtätare. Giraffer (med långa halsar och gripande tungor på 45 cm) äter blad mellan akaciataggar utan att skada sig: deras tunga har tjockt skyddande keratin. Akacian svarar på attack genom att öka produktion av taggar och tanniner i sina blad. Giraffen skiftar matning till mer avlägsna blad eller andra växter. Selektivt tryck producerar allt längre taggar och allt tannin-rikare blad i akacior från savannen med giraffer. Experimentet "ta bort taggerna": i områden i Kenya där elefanter har varit uteslutna i årtionden (elefantbeständiga stängsel), har akacior betydligt minskat taggproduktionen under några generationer. Växtätartryck är motorn för selektion av taggar.

Taggar för frönspridning: en dubbel roll

Många taggiga växter använder sina taggar inte bara för försvar utan också för att fånga frön på förbipasserande djur (epizoochori: frönspridning genom fästning på djur). Burfluga (Arctium lappa): det mest välkända italienska exemplet. De taggiga frukterna (kapitula med krokiga involukrala brakteor) fäster seg vid djurhår och mänsklig klädsel. De kan resa kilometer fästa vid en hunds svans eller en vandrares strumpor innan de lossnar. Burfluga inspirerade uppfinningen av kardborre: George de Mestral (1948) undersökte under ett mikroskop de små krokarna på burflugabrakteor som fastnat på hans strumpor och insåg principen för kardborre. Agrimoni (Agrimonia eupatoria): frukter med stela krokar som fäster på djur. Vanlig i italienska skogar. Daucus carota (vild morot): under fruktning böjer sig blomsterstjälkarna inåt och bildar ett taggigt "näste" som fäster på djur. Kroken och taggen: samma struktur (stel, spetsig utväxt) tjänar till att avskräcka växtätare från att äta blad och för att fånga frukter på spridande djur. Den funktionella skillnaden beror på position (på bladet kontra på frukten) och form (rakt spets som avskräckningsmedel kontra krok som fångar). Naturligt urval har format samma struktur för olika funktioner beroende på sammanhang.

Kaktusar: växternas mest extrema mekaniska försvar

Kaktusar (familjen Cactaceae, ursprungligen från Amerika) är det mest extrema exemplet på växternas mekaniska försvar kombinerat med minimal vattenbortgång. Kaktusarnas form är en anpassning till torr miljö och tryck från växtätare: bladen har utvecklats till taggar (eller är redan evolutionärt försvunna – fotosyntes sker i den saftig stamen), stammen har blivit huvudsakligt fotosyntesorgan och vattenlager. Kaktustaggar har flera funktioner: primärt mekaniskt försvar mot växtätare (peccaries och prärievargar lär sig snabbt att hålla sig borta), temperatursänkning av stammen (skapar ett lager stillastående luft som minskar överhettning), insamling av nattdagg (hydrofila taggar samlar in mikroskopiska kondensdroppar som rinner mot plantans bas), passiv fröspreading (vissa kaktusar med krokiga taggar fastnar på förbipasserande däggdjur). Opuntias glochider: förutom huvudtaggarna har opuntian (päronkaktusen) glochider: små mikroskopiska böjda taggar som fastnar i huden vid minsta beröring och är nästan omöjliga att få bort (de har motsatta barber som fiskekrokar). Glochider är opuntians mest effektiva försvar mot växtätare som kan tolerera huvudtaggarna. Även människor med handskar måste vara försiktiga: glochider penetrerar genom många vävnader. Bambus mekaniska försvar: unga bambuskott (spirande stam) är täckta med tunna mikroskopiska siliciumkristaller (fytolit) som intensivt irriterar huden och slemhinnorna hos många däggdjur. Mogna blad innehåller silicium som minskar smältbarheten och sliter på tänderna hos generalistiska växtätare. Trots detta har vissa specialiserade växtätare (jättepandan) anpassat sig för att nästan uteslutande äta bambu.

Nässlan: kemiskt försvar inom mekanisk struktur

Vanlig nässla (Urtica dioica) är det mest kända exemplet på mekaniskt försvar med integrerade kemiska komponenter. Nässlans stickande hårceller är verkliga underhudiga injektionssystem: varje stickande hår är en skör mikrospruta med siliciumspets. Vid kontakt bryter siliciumspetsen av och blir kvar inbäddad i huden som en bruten spruta; hårets tubulära kropp (som innehåller en lösning av histamin, myrsyra, acetylkolin, serotonin och leukotriener) pressas ihop och injicerar sitt innehål genom den bruten spetsen in i huden. Effekten: brännande känsla och nässelutslag (urtikaria) medierat av histamin, varar 30–60 minuter. Den evolutionära funktionen: avskräcker små och medelstora växtätare (rådjur, kaniner, små gnagare), försvar mot insekter som går på växten. Större djur (nötkreatur, hästar) kan äta färsk nässla om de är hungriga, men undviker den när de kan. Uttorkad (torkad) eller tillagad nässla förlorar sin stickande funktion (sprutorna förstörs) men behåller sitt näringsinnehål (rik på järn, kalcium, vitamin C, klorofyll: utmärkt i matlagning och som te). Nässla i Italien: en av de mest utbredda och mest användbara växterna i ekosystemet. Mat för fjärilslarver (Vanessa io, Aglais urticae, Polygonia c-album), källa till historiska textilfiber (nässlehamp: användes för att göra rep innan bomull blev vanligt), traditionell mat (nässelrisotto, frittata, soppa).