Причины возникновения хищнического поведения у некоторых растений

Влияние факторов внешней среды на трансформацию листьев в ловушки различного типа, включая липкие поверхности, складчатые структуры, кувшины и подземные механизмы.

Растение, способное поймать муху, представляет собой вызов общепринятым представлениям о ботанике. Обычно мы наблюдаем, как растения тянутся к солнечному свету, впитывают влагу через корни и используют углекислый газ из атмосферы, не прибегая к поеданию других существ. Однако, иногда можно увидеть лист, который неожиданно захлопывается, заманивая внутрь насекомое. Какова причина у цветка для подобного хищнического поведения?

Почему растения стали хищниками

Один из способов получения азота – это использование листьев не из почвы или воздуха, а из живых организмов. В основном это касается насекомых и других небольших беспозвоночных, которые случайно оказались поблизости.

Таким образом, листья эволюционировали в разнообразные ловушки. Некоторые приобрели липкую поверхность, другие – способность к быстрому сгибанию, третьи приняли форму скользких кувшинов, а четвертые снабжены пузырьками с клапанами. Пойманное животное погибает, его ткани перерабатываются, и полученные питательные вещества всасываются поверхностью ловушки.

Растения-хищники — кто они?

Известно не менее 600 видов плотоядных растений. Эти растения принадлежат к различным, иногда довольно отдаленным группам и независимо друг от друга пришли к аналогичному решению: Когда в окружающей среде ощущается дефицит азота, возникает необходимость найти альтернативный источник этого элемента – например, у существ, уже обладающих им. . Рассказываем про некоторые.

Венерина мухоловка

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) — Данное растение демонстрирует весьма продуманный механизм защиты. Его листья формируют две части, края которых испещрены зубцами. На внутренней стороне каждой из этих частей находятся чувствительные волоски – всего три. Для активации ловушки насекомое должно задеть два волоска или повторно активировать один и тот же волосок в течение примерно 30 секунд. Этот метод позволяет растению удостовериться, что поймана живая добыча, а не случайный предмет. Ветка или камень подобным образом себя не ведут, однако муха, привлеченная приятным ароматом, вполне может спровоцировать нужную последовательность сигналов.

Сразу после захлопывания ловушки выделяется пищеварительный сок. Спустя несколько дней или даже недель, в зависимости от размеров пойманного объекта и температуры окружающей среды, лист снова раскрывается.

Японские исследователи представили описание этого механизма в 2020 году, опубликовали в журнале Nature Plants.

Росянка

Росянки(Drosera) действуют иначе,хотя их стратегия охоты ничуть не менее впечатляющая. Листья этих растений покрыты железистыми волосками, на которых сверкают капли липкой слизи, напоминающие росу, что и послужило основой для названия. Насекомое, привлеченное блеском, запахом или нектаром, приземляется на лист, прилипает к нему и, пытаясь освободиться, касается все большего количества щупалец. Эти щупальца постепенно наклоняются к жертве, усиливая ее захват. В отличие от мухоловки, здесь нет эффектного хлопка, однако результат остается неоспоримым.

Механизм сворачивания листа отличается избирательностью и реагирует не на механическое воздействие, как это происходит у мухоловки, а на наличие белковой пищи. Ключевым фактором является выделение глутатиона. Описание этого исследования было опубликовано в Science Advances, было установлено, что росянка реагирует на попадание капли молока или живой дрозофилы, однако попытка использования реалистичной трехмерной модели не вызвала никакой реакции.

Непентесы

Непентесы (Nepēnthes) Вместо активной тактики они выбрали пассивную стратегию. Листья-кувшины этих растений выделяют нектар и нередко отличаются яркой окраской. Края кувшина, как правило, очень скользкие, из-за чего насекомое, стремящееся к нектару, легко теряет равновесие и падает внутрь. Выбраться обратно затруднительно: стенки гладкие, поверхность может быть покрыта восковыми кристаллами, а в нижней части кувшина скапливается жидкость. Крышечка над кувшином предназначена для предотвращения переполнения его влагой во время дождя.

Попавшее внутрь животное тонет и постепенно разлагается. У некоторых видов непентесов пищеварительные ферменты синтезируются непосредственно растением, в то время как у других существенная роль отводится микроорганизмам, обитающим в жидкости. В конечном итоге образуется питательный раствор, который абсорбируется стенками кувшина.

Замечено, что форма и размеры непентеса коррелируют с типом добычи, которую предпочитает растение. Хотя мелкие насекомые составляют основу рациона, крупные виды иногда захватывают пауков, многоножек, лягушек, ящериц и даже небольших млекопитающих. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале PNAS.

«Аналогично тому, как клювы птиц отличаются по форме для питания орехами, семенами или насекомыми, — прокомментировал доктор Крис Торогуд, ботаник и заместитель директора Оксфордского ботанического сада, — эти кувшинковые растения демонстрируют высокую степень адаптации к различным видам добычи, встречающимся в их среде обитания».

Псевдохищники

Некоторые растения нельзя однозначно отнести к хищникам. На листьях картофеля, табака, павловнии войлочной и ряда других видов можно обнаружить прилипших мелких насекомых, поскольку их листья покрыты липкими выделениями, волосками или веществами, представляющими опасность для крошечных животных.

Со временем погибшие насекомые опадают на почву и разлагаются, возвращая в нее азот. Даже если они остаются на листе, они служат пищей для бактерий и других микроорганизмов. Продукты их распада затем могут быть усвоены растением. Такая выгода является косвенной, но вполне реальной.

Охота под землей

Встречаются весьма необычные виды. В 2012 году было описано [ PNAS] вид Philcoxia minensis, скромное растение, характеризующееся миниатюрными листочками, основная масса которых расположена под поверхностью почвы. Его естественной средой обитания является бразильский серрадо, отличающийся засушливостью и крайней бедностью почв. Растение выработало уникальную стратегию – захват нематод, микроскопических круглых червей, в изобилии встречающихся в грунте.

Подземные листья Philcoxia Эти ловушки покрыты липкими железистыми выделениями. Нематода случайно оказывается рядом, прилипает к поверхности, после чего растение с помощью ферментов извлекает из нее необходимые питательные вещества.

Значимость этого открытия заключается в том, что оно продемонстрировало: для эффективной работы ловушке не обязательно обладать заметностью и яркой окраской. Мы привыкли обращать внимание на непентес с его внушительными кувшинами или венерину мухоловку, тогда как маленькое растение с подземными липкими листьями может долгое время оставаться незамеченным. Тем не менее, все эти растения разработали собственные методы выживания на планете, и эти методы зачастую весьма необычны.