Experimental demonstration of the antiherbivore effects of silica in grasses: impacts on foliage digestibility and vole growth rates

Resumo

O impacto de fatores baseados em plantas na dinâmica populacional de mamíferos herbívoros tem sido objeto de muito debate na ecologia, mas o papel das defesas anti-herbívoras em gramíneas tem recebido relativamente pouca atenção. A sílica foi proposta como a principal defesa das gramíneas e acredita-se que ela leve ao aumento da abrasividade da folhagem, impedindo a alimentação, além de reduzir a digestibilidade da folhagem e o desempenho dos herbívoros. No entanto, até o momento, há poucas evidências experimentais diretas para apoiar essas ideias. Neste estudo, testamos os efeitos da manipulação dos níveis de sílica sobre a abrasividade das gramíneas e sobre a preferência alimentar e o desempenho de crescimento de rato-do-campo, herbívoros especializados em alimentação de gramíneas. Níveis elevados de sílica de fato aumentaram a abrasividade das gramíneas e impediram a alimentação dos ratos. Também demonstramos, pela primeira vez, que a sílica reduziu as taxas de crescimento das ratazanas fêmeas jovens e maduras, reduzindo o nitrogênio que elas podiam absorver da folhagem. Além disso, descobrimos que a alimentação dos ratos leva ao aumento dos níveis de sílica nas folhas, sugerindo um feedback dinâmico entre as gramíneas e seus herbívoros. Propomos que a indução de sílica devido ao pastoreio de ratos reduz o desempenho dos ratos e, portanto, pode contribuir para a dinâmica cíclica das populações de ratos.

Abstract

The impact of plant-based factors on the population dynamics of mammalian herbivores has been the subject of much debate in ecology, but the role of antiherbivore defences in grasses has received relatively little attention. Silica has been proposed as the primary defence in grasses and is thought to lead to increased abrasiveness of foliage so deterring feeding, as well as reducing foliage digestibility and herbivore performance. However, at present there is little direct experimental evidence to support these ideas. In this study, we tested the effects of manipulating silica levels on the abrasiveness of grasses and on the feeding preference and growth performance of field voles, specialist grass-feeding herbivores. Elevated silica levels did increase the abrasiveness of grasses and deterred feeding by voles. We also demonstrated, for the first time, that silica reduced the growth rates of both juvenile and mature female voles by reducing the nitrogen they could absorb from the foliage. Furthermore, we found that vole feeding leads to increased levels of silica in leaves, suggesting a dynamic feedback between grasses and their herbivores. We propose that silica induction due to vole grazing reduces vole performance and hence could contribute to cyclic dynamics in vole populations.