Венерина мухоловка (или Dionaea muscipula) — это многолетнее насекомоядное растение из семейства росянковых. Эта барышня стала известна благодаря своей необычной привычке ловить и переваривать насекомых и других мелких животных. Этот вид — единственный представитель своего рода и в естественных условиях растет на крайне ограниченной территории — во влажных и мшистых долинах штатов Северная и Южная Каролина в США. Венерина мухоловка, как и другие растения, вполне способна к фотосинтезу и зависит скорее не от плотоядности, а от богатых азотом веществ из животной пищи — она помогает выживать в неблагоприятных условиях почвы.
«Самое чудесное растение в мире» по мнению Дарвина: почему венерина мухоловка ест мух?
В болотистых почвах Северной Америки водится ботанический феномен, который опровергает все привычные нам законы питания — растение, способное ловить и переваривать живую добычу почти с животной скоростью. Как крошечный зеленый капкан без мышц и мозга совершает молниеносный захват? И зачем вообще, казалось бы, обычному растению такой способ выживания? Раскрываем правила жизни венериной мухоловки, которые восхищали отца теории эволюции.
pixabay.com
Томас Джефферсон, третий президент США, был поклонником хищных растений, а венерина мухоловка была жемчужиной его коллекции.
Растение развивается из луковицеобразного корневища и выпускает длинный прямой цветонос — около 20-30 сантиметров, на верхушке которого располагается соцветие из мелких белых цветков. Листья достигают 15 сантиметров в длину и имеют уникальное строение: две округлые лопасти с шиповатыми зубчиками по краю соединены подвижным шарниром вдоль центральной жилки.
Неосторожное насекомое садится на поверхность и задевает один или несколько из шести чувствительных волосков-триггеров (по три на каждой лопасти), активируются специальные механорецепторные клетки. Их возбуждение генерирует электрический сигнал, потенциал которого мгновенно распространяется по всей поверхности ловушки, после чего она закрывается.
Ловушка венериной мухоловки при комнатной температуре захлопывается за 0,5 секунды!
После захвата добычи железы на внутренней поверхности листа выделяют красноватый пищеварительный сок, что придает ловушке сходство с красивым красным цветком (везде сплошной обман!). Он растворяет тело насекомого, а весь процесс переваривания занимает около десяти суток, после чего лист вновь раскрывается. Каждая такая ловушка отмирает после трех-четырех успешных нападений.
Как хищные растения переваривают добычу?
Попавшая в западню и трепыхающаяся жертва, разумеется, только ухудшает свое положение — все чаще задевает чувствительные волоски, что запускает повторяющиеся серии электрических импульсов. Эта механоэлектрическая стимуляция инициирует в ловушке выработку гормонов жасмонатного типа, которые отвечают за реакцию на прикосновение. Это и побуждает уже сомкнувшуюся ловушку герметично запечататься и начать наполняться коктейлем из агрессивных литических ферментов — получается своего рода желудок.
И даже хитиновый скафандр не спасает насекомое! Гидролазы пищеварительного сока расщепляют полимерные цепи хитина (спасибо хитиназам), а за компанию и белки, нуклеиновые кислоты, гликаны и липиды на более простые мономеры. Попутно высвобождаются связанные азотистые, фосфатные и сульфатные группы. Эти элементы, наряду с минералами вроде калия, это важнейшие макронутриенты для роста растений. Миролюбивые растения нехищных видов обычно поглощают это все из почвы с помощью корневых транспортных белков.
Есть ли гены, определяющие плотоядность?
Как уже сказано выше, механизм охоты таков: жертва стимулирует хищное растение с активной ловушкой, механическое прикосновение преобразуется в электрический импульс. Это очень похоже на нервный импульс, однако непосредственного контакта с нервными клетками нет. В основе этого импульса, называемого потенциалом действия, лежит последовательное открытие ионных каналов, а это временно изменяет электрический заряд на клеточной мембране.
Недавно ученым удалось расшифровать геномы первых изученных плотоядных растений — Utricularia gibba и Genlisea aurea. Несмотря на их очень компактные размеры, геномы содержат примерно такое же количество генов, как и у обычных растений. И все же генов, которые кодируют специальные ионные канала как у нервных клеток животных, в них нет.
Utricularia gibba
Genlisea aurea
Что особенно любопытно, набор ионных каналов у хищного растения U. gibba не сильно отличается от набора у нехищных растений. Мало того — нет никаких доказательств, что U. gibba или G. aurea позаимствовали гены у своих животных жертв, чтобы создать ловушки, которые умеют хватать быстро движущуюся добычу. Учитывая, что до сих пор не обнаружены гены, уникальные для хищных растений, получается, что свою плотоядность они развили не генным путем, а благодаря особому способу использования и комбинирования белков. А вот они есть у всех растений без исключения.
Что ж, восторг Джефферсона и Дарвина можно понять — плотоядность это, хоть и жутковатый, но блестящий пример изобретательности!