Lang voordat mensen pesticiden begonnen toe te passen hebben planten zichzelf moeten beschermen tegen insecten en andere kleine herbivoren. Trichomen zijn een ingenieuze verdedigingsstructuur die steeds meer aandacht krijgt in de plantbiologiegemeenschap. Deze kleine haarachtige structuren bedekken de stelen en bladeren van veel planten.

Het uiteinde van elk trichoom bevat een holte gevuld met een kleverige, giftige vloeistof. Naast elkaar opgesteld, functioneren de trichomen als een biologisch mijnenveld. Wanneer een passerend insect een trichoom aanraakt en voldoende kracht uitoefent, barst de trichoom open en bedekt de vloeistof de benen en het lichaam van het insect. De vloeistof is stroperig zoals dikke honing, waardoor het rekbare filamenten vormt die het insect vertragen en mogelijk dodelijke doses chemicaliën toedienen.

Hoe dit precies werkt, werd onlangs ontdekt door een interdisciplinaire samenwerking aan de UvA tussen experimentele natuurkundigen van het Van der Waals-Zeeman Institute (WZI) en plantfysiologen van het Swammerdam Institute for Life Sciences (SILS). Hun bevindingen werden in juni 2025 gepubliceerd in het Journal of Experimental Botany.

"Plantenbiologen wisten al lang dat trichomen openbarsten om verdedigingsvloeistoffen vrij te geven, maar de daadwerkelijke mechanica van hoe dit barsten werkt was nooit eerder bestudeerd. Het vereiste precieze natuurkundige hulpmiddelen en benaderingen om de kleine krachten en bliksemsnelle tijdschalen die hierbij betrokken zijn te meten," zegt eerste auteur Jared Popowski.

Het team gebruikte hogesnelheidscamera's en krachtsensoren in hun onderzoek. Ze ontdekten dat de trichomen binnen één milliseconde kunnen openbarsten nadat een insect contact maakt. Het triggeren van een trichoom-explosie vereist slechts een kracht van ongeveer zes miljoensten van een Newton – ongeveer het gewicht van een klein zandkorreltje.

"Dit onderzoek is weer een krachtig voorbeeld van hoe het bekijken van een biologische vraag door het lens van een andere discipline mechanismen kan onthullen die anders verborgen zouden blijven," zegt Mazi Jalaal, groepsleider van het Fluid Lab bij het WZI.

Petra Bleeker van de Plant Physiology groep (SILS) voegt toe: “We waren gefascineerd door hetzelfde onderwerp, bekeken het vanuit onze verschillende perspectieven, stelden iets andere vragen en raakten gezamenlijk enthousiast over de bevindingen.”

Hebben we zwakke planten gekweekt?

Verrassend genoeg ontdekte het onderzoeksteam dat gekweekte tomaten minder gevoelig zijn voor insectencontact dan hun wilde verwanten. Als de trichomen niet openbarsten wanneer een insect ze aanraakt, dan faalt het verdedigingsmechanisme.

Dit suggereert dat veredelen voor andere eigenschappen – zoals vruchtgrootte, vruchtconsistentie en hoge opbrengst – het natuurlijke verdedigingssysteem van het gewas mogelijk heeft verzwakt. Zorgwekkend is dat 20–30% van de wereldwijde voedselgewassen verloren gaan door plantenplagen, met als gevolg enorme economische kosten, ondanks het wijdverspreide gebruik van pesticiden.

“Uiteindelijk hopen we met dit onderzoek om onze afhankelijkheid van gevaarlijke en dure chemische pesticiden te verminderen,” zegt Popowski. Niet alleen kunnen deze de biodiversiteit en de natuurlijke ecosysteemdiensten waarvan we afhankelijk zijn bedreigen, maar sommige plagen ontwikkelen ook resistentie tegen conventionele behandelingen.

De nieuwe bevindingen zouden plantenveredelaars kunnen helpen meer plaagresistente gewassen te kweken door te begrijpen hoe deze natuurlijke verdedigingsmechanismen op microscopisch niveau werken. Door de genen te identificeren die verantwoordelijk zijn voor sterkere trichoomverdediging bij wilde tomatenvariëteiten, zouden wetenschappers deze eigenschappen mogelijk kunnen herstellen in commerciële gewassen, zonder in te leveren op de gewenste eigenschappen waar boeren afhankelijk van zijn, zoals grote vruchtgrootte en hoge opbrengsten.

Publicatie

Glandular trichome rupture in tomato plants is an ultra-fast & sensitive defense mechanism against insects, Jared Popowski, Lucas Warma, Alicia Abarca Cifuentes, Petra Bleeker and Maziyar Jalaal, Journal of Experimental Botany, eraf257 (2025)