Венерина мухоловка — крайне интересное растение. Она захватывает своих жертв (небольших насекомых, паукообразных и т.п.) при помощи видоизмененных листьев. На их поверхности есть специальные волоски, которые реагируют, если на поверхность листа что-то попадает. Края листьев быстро заворачиваются и жертва оказывается в ловушке, которая постепенно превращает мелкое существо в пищу для растения.
Животная пища нужна мухоловке для пополнения запасов азота — обычно она появляется в регионах с болотистой местностью, почва которых бедна азотом. Но как растение, у которого нет мышц и нервной системы, может не только захватывать что-то, но и «запоминать», что внутри листа — жертва, и разворачивать его не стоит?
Как работает механизм захвата
Несколько месяцев назад результаты исследования механизма захвата жертв растением были опубликованы биологами из Вюрцбургского университета. Как оказалось, растение «умеет считать». Дело в том, что чаще всего лист, на котором что-то появилось, срабатывает лишь после второго касания. Дело в том, что венерина мухоловка тратит немало ресурсов на скоростное сгибание листа, поэтому тратить энергию на реагирование на ветер, пыль, камешки и т.п., касающиеся чувствительных волосков, непозволительно.
Венерина мухоловка дожидается второго касания, по только после этого сжимает лист. Эффективнее всего механизм работает в том случае, когда насекомое касается волосков, расположенных на краях листа, а затем появляется в центре. По мнению ученых, у волосков есть накопительный эффект.
Волоски-сенсоры способны воспринимать усилие даже в 0,05 миллиньютона. Время срабатывания ловушки зависит от силы касания и направления приложения усилия.
В тоге мухоловка способна ловить не только медленных насекомых и членистоногих — жуков, гусениц, мокриц, но и быстрых, способных улететь — мух и комаров. При этом чем голоднее растение, тем быстрее реагирует механизм сжимания листа.
И это еще не все
Лист-капкан сразу не закрывается полностью и не начинает вырабатывать пищеварительные ферменты. Для старта этого процесса нужно пять стимулов. Немецкие ученые считают, что такое поведение можно сравнить с элементарным анализом затрат и возможного результата. Чем больше стимулов — тем, скорее всего, больше добыча, а это однозначно стоит усилий. Если же «анализ» показывает, что жертва не стоит затраченных на нее энергии и ферментов, то насекомое или камешек выбрасывается листом через 12 часов.
Все бы хорошо, но возникает вопрос — каким именно образом мухоловка умеет считать? Ладно бы, если лист схлопывался после всего 1 касания. Но он делает это минимум после 2 касаний, а выработка фермента и окончательное сжатие начинается после 5 касаний. А это уже умение «считать» и «анализировать». Немецкие ученые решили выяснить, как этот механизм работает.
Для этого они ввели в растение флуоресцентный датчик кальция. Как оказалось, именно изменение концентрации кальция каким-то образом влияет на «память» растения. Ранее ученым не удалось выяснить, как именно концентрация кальция в ткани коррелирует со «счетом», но теперь все получилось.
Немцам помогли японские ученые, которые разработали специализированный препарат GCaMP6. Это люминесцентное органическое вещество, которое светится зеленым светом, связываясь с кальцием. Именно эта зеленая флуоресценция дала возможность команде отслеживать изменения концентрации кальция в ответ на стимуляцию чувствительных волосков растения иголкой.
До использования флуоресцентного вещества ученые пытались выяснить механизм работы «памяти» растения иными методами, потратив на это 2.5 года. Но лишь сейчас все удалось узнать.
Так что там с кальцием?
Первое касание к чувствительным волоскам мухоловки дает старт механизму высвобождения ионов кальция до определенного уровня. Если в течение 30 секунд будет еще одно прикосновение, концентрация кальция достигнет критического уровня, после чего сработает ловушка. Если через полминуты ничего не произойдет — концентрация кальция начнет снижаться. Можно сказать, что мухоловка «запоминает» события на 30 секунд.
Сейчас ученые планируют довести свое исследование до логического завершения и изучить связь между концентрацией кальция и «нервной системой» мухоловки. Она преобразует движение добычи, в электрические сигналы, распространяющиеся по клеткам.
В итоге исследователи планируют изучить эволюционный процесс растений-хищников, а также больше узнать о механизмах, которые лежат в основе охоты. До сих многие биологические особенности растений и животных остаются загадкой, и задача ученых — разгадать ее. Кстати, у всех растений с листьями-капканами — один общий предок — растение, которое не охотилось на животную пищу. Но в его геноме были некоторые участки, которые использовались для обнаружения и усвоения питательных веществ не только корнями, но и листьями, так что эти участки чуть позже эволюционировали в нечто иное. Аналогичный механизм развился и у растений-хищников, которые отращивают капканы-кувшинки без активно реагирующих на жертв элементов.
DOI: Nature Plants, 2020. 10.1038/s41477-020-00773-1.
