Ловушка для хищных мух терпеливо ждет, пока ее жертва бродит вокруг, не подозревая, что опасность скрывается всего в нескольких дюймах от нее. Усевшись отведать душистого сока, ничего не подозревающая добыча совершила роковую ошибку. Быстро закрываясь, челюсти хищника смыкаются вокруг его тела. Борьба недолгая, и вскоре растение успокаивается, чтобы переварить свою вкусную еду.
Растения, которые поедают других существ? Похоже на неудачный генетический эксперимент. Но на самом деле в этом нет ничего противоестественного; плотоядные растения существовали на этой планете миллионы лет. Существует более 500 различных видов этих растений, аппетиты которых варьируются от насекомых и пауков до небольших одно- или двухклеточных водных организмов. Чтобы считаться плотоядным, растение должно привлекать, захватывать, убивать и переваривать насекомых или других животных.
Одно плотоядное растение, в частности, привлекло внимание публики:Венерина мухоловка (Dionaea muscipula). Многие люди впервые видят это удивительное растение в действии в начальной школе и очарованы его странными диетическими привычками и уникальным внешним видом
Вы когда-нибудь задумывались, что произойдет, если вы засунете палец в открытые листья венериной мухоловки, или как растение получило такое странное название? В этой статье мы ответим на эти и многие другие вопросы.
Фон с мухоловками
Хотя венериная мухоловка очаровала людей по всему миру, дикие популяции растений венериной мухоловки на самом деле растут на невероятно маленьком географическом участке. В дикой природе они встречаются в районе 700 миль (1126 км) вдоль побережья Северной и Южной Каролины. В пределах этой области растения также ограничены обитанием во влажных, влажных и солнечных болотах и заболоченных местах. Поскольку венериных мухоловок так мало, некоторые ранние ботаники сомневались в их существовании, несмотря на все распространенные истории о плотоядных растениях.
Венериные мухоловки произошли от более простых плотоядных растений около 65 миллионов лет назад, и летопись окаменелостей предполагает, что их предки были гораздо более распространены, особенно в Европе.
Игра в имена
Итак, как растение получило интригующее название Венерина мухоловка? Нетрудно представить, какое отношение «мухоловка» может иметь к своим способностям ловить насекомых, но «Венера» менее ясна. По данным Международного общества плотоядных растений, происхождение названия довольно зловещее. Венерина мухоловка впервые была изучена в 17-м и 18-м веках, когда общественные нравы были немного более пуританскими, чем сегодня, и были несколько одержимы человеческими побуждениями и грехами. Женщины, в частности, часто изображались соблазнительницами, жадными до власти. Ботаники того времени, по-видимому, нашли параллель между ловушкой растения - ловлей и перевариванием насекомых - и некоторыми аспектами женской анатомии и поведения. Так, история гласит, что они назвали растение в честь Венеры, языческой богини любви и денег.
Что они едят
Если вы смотрели мюзикл/фильм «Магазинчик ужасов», возможно, у вас осталось плохое впечатление о том, что на самом деле представляет собой аккуратное растение. В то время как Одри, мухоловка-мутант из фильма, полюбила людей, большинство плотоядных растений избирательно питаются насекомыми и паукообразными, такими как:
- пауки
- мухи
- гусеницы
- сверчки
- слизни
Если другие растения могут питаться газами в воздухе и водой из почвы, то почему венериные мухоловки питаются насекомыми? Мухоловки на самом деле получают большую часть своего пропитания, как и другие растения, в процессе фотосинтеза. Во время фотосинтеза растения используют энергию солнца для запуска реакции, которая превращает углекислый газ и воду в сахар и кислород. Произведенный сахар затем преобразуется в энергию в форме АТФ посредством тех же процессов, которые используются нашим организмом для переработки углеводов.
Однако, помимо синтеза глюкозы, растениям для выживания также необходимо производить аминокислоты, витамины и другие клеточные компоненты. Для этого растениям нужны дополнительные питательные вещества, такие как:
- азот - для производства аминокислот, нуклеиновых кислот, белков
- фосфор - в составе энергонесущей молекулы АТФ
- магний - как кофактор, помогающий функционированию многих ферментов
- сера - для производства некоторых аминокислот
- кальций - в качестве кофактора ферментов и для создания клеточных стенок растений
- калий - для регулирования потока воды в растение и из него
В болотах, облюбованных венериной мухоловкой, почва кислая, а минералов и других питательных веществ мало. Большинство растений не могут выжить в этой среде, потому что они не могут производить достаточное количество строительных блоков, необходимых для роста. Венерина мухоловка развила способность процветать в этой уникальной экологической нише, находя альтернативные способы получения основных питательных веществ, таких как азот. Живые существа, такие как насекомые, являются хорошим источником питательных веществ, отсутствующих в почве, а также содержат дополнительные энергетически насыщенные углеводы.
Человек против мухоловки
В то время как наше воображение выдумывает огромные, пожирающие людей, убийственные планы, мы являемся реальной угрозой дальнейшему существованию Dionaea muscipula и других плотоядных растений. Мухоловка находится под угрозой исчезновения в дикой природе из-за:
- чрезмерная коллекция любителей мухоловок
- осушение и разрушение естественных водно-болотных угодий, на которых они растут
- загрязнение
На момент написания этой статьи в мае 2023 года в отношении венериной мухоловки все еще проводится оценка статуса. В октябре 2016 года в USFWS была подана петиция о включении венериной мухоловки в список исчезающих видов в соответствии с Законом об исчезающих видах.
В дикой природе это растение можно найти только на площади 75 квадратных миль (194 квадратных километра) в вышеупомянутых штатах Северной и Южной Каролины. Это составляет менее трети исторического ареала вида. По состоянию на 2020 год осталось всего около 302 000 венериных мухоловок из дикой популяции, насчитывавшей 4 миллиона человек в 1970-х годах.
Согласно Кампании по сохранению местных растений, «чрезмерный сбор в дикой природе представляет собой серьезную вторичную угрозу для этого вида. браконьерство на венериных мухоловок, но оно широкомасштабно и широко распространено."
Из-за этого в Каролине предусмотрен большой штраф за вынос венериных мухоловок из их естественной среды обитания. Таможенные агенты в международном аэропорту Балтимор-Вашингтон однажды перехватили чемодан с 9000 браконьерскими мухоловками, направлявшимися в Нидерланды, где они должны были быть размножены или проданы. А в марте 2019 года сотрудники Комиссии по ресурсам дикой природы Северной Каролины поймали мужчину, браконьерствовавшего с 216 венериными мухоловками. Ему было предъявлено обвинение в 73 уголовных преступлениях, и он содержался под залогом в размере 750 000 долларов. О результатах его дела ничего не сообщается, но вы видите, что власти не относятся легкомысленно к браконьерству на мухоловок.
Но вы можете купить венериных мухоловок в любом количестве питомников, и обладание одной из них не приведет к проблемам с законом.
Внутри Венериной мухоловки
Плотоядные растения должны уметь:
- привлекает насекомых
- отлов ошибок
- различить продукты питания и непродовольственные товары
- переваривают свою добычу
Все эти шаги выполняются с помощью простых механических и химических процессов. В отличие от нас, у растений нет мозга или нервной системы, чтобы координировать свои физиологические функции и сообщать им, что они голодны, поэтому им следует пойти и купить гамбургер в ближайшем заведении быстрого питания. У растений также нет сложных мышц и сухожилий, чтобы хватать пищу, пережевывать ее, глотать и перерабатывать. Венерина мухоловка завершает весь процесс с помощью специального набора листьев, который одновременно является и ртом, и желудком.
Соблазнение добычи
Большинство растений имеют какой-то механизм для привлечения животных и насекомых, независимо от того, планируют ли они полакомиться своими гостями или нет. Например, не плотоядные растения развили интенсивные запахи или сиропообразные соки, привлекающие пчел, бабочек и других насекомых; затем эти жуки используются растениями для переноса пыльцы, необходимой для оплодотворения соседних растений того же вида. В случае венериной мухоловки листья, образующие ловушку, выделяют сладкий нектар, привлекающий насекомых, ищущих пищу.
Поимка добычи
Когда насекомое приземляется или ползает по ловушке, оно, скорее всего, наткнется на один из шести коротких жестких волосков на поверхности ловушки. Их называют триггерными волосками, и они служат для растения примитивным детектором движения. Если два из этих волосков расчесать вплотную друг за другом или к одному волоску прикоснуться дважды, листья закроются перед насекомым-нарушителем в течение полсекунды.
Что заставляет листья сжиматься? Никто точно не знает, как последовательная механическая стимуляция триггерных волосков приводит к закрытию ловушки. Преобладающая гипотеза дня такова:
- Клетки внутреннего слоя листа сильно сжаты. Это создает напряжение в тканях растения, которое удерживает ловушку открытой.
- Механическое движение триггерных волосков приводит в движение АТФ-обусловленные изменения давления воды в этих клетках.
- Клетки расширяются за счет увеличения давления воды, и ловушка закрывается, когда растительная ткань расслабляется.
Это съедобно?
Даже без мозга, способного анализировать, что она ест, венериной мухоловке удается различать насекомых и несъедобный мусор, который может попасть в ее ловушку. Этот шаг также опосредуется шестью чувствительными триггерными волосками. Насекомое, попавшее внутрь частично закрытой ловушки, будет продолжать метаться, пытаясь убежать. Гарантируется, что по крайней мере один (если не все) триггерный волосок будет затронут движением насекомого. Это служит сигналом к полному закрытию ловушки.
Неодушевленные предметы, такие как камни, ветки и листья, попавшие в ловушку, или предметы, помещенные туда (какой ребенок устоит перед тем, чтобы не засунуть кончик карандаша в ловушку, чтобы посмотреть, как она закрывается?) не будут двигаться и стрелять триггер волос. Если дальнейшая стимуляция волоса прекращается, ловушка остается в частично закрытом состоянии до тех пор, пока в листьях ловушки не восстановится напряжение. Этот процесс занимает около 12 часов, после чего листья снова расходятся. Нежелательный объект либо выпадает, когда листья вновь открываются, либо его уносит ветром.
Процесс отбора явно не идеален; пока ловушка не работает, по растению может ползать настоящая пища в виде мух и пауков. Представьте, если бы вам пришлось сидеть с куриной косточкой или персиковой косточкой во рту в течение 12 часов, в то время как остальная часть вашего обеда стояла на столе перед вами! Разница в том, что вы осознаете, что едите, в то время как Венерина мухоловка пассивно участвует в выборе того, что она будет есть на ужин. Этот процесс на самом деле отличный способ для венериной мухоловки обойти две проблемы:
- У него не хватает мозгов, чтобы сказать ему, что он кусает что-то несъедобное.
- У него не хватает мускулов, чтобы выплюнуть это.
В следующем разделе мы поговорим о последней характеристике хищного растения: переваривании добычи. Посмотрим, что произойдет, когда ловушка закроется на чем-нибудь съедобном.
Переваривание улова
После того, как ловушка полностью закроется, листья образуют воздухонепроницаемое уплотнение, так что:
- пищеварительные жидкости и части насекомых остаются внутри ловушки
- бактерии и плесень не могут попасть внутрь
Чтобы убедиться, что насекомые находятся внутри ловушки, по краям листьев есть пальцеобразные реснички, которые сплетаются вместе, когда листья закрываются. Эти длинные, похожие на волосы выступы делают растение похожим на колючие зубы; но на самом деле реснички используются только для того, чтобы запирать ловушку.
Существует верхний предел размера насекомых, который может вместить ловушка. В лучшем случае ловушки имеют длину около 1 дюйма (2,54 сантиметра), а в идеале насекомое должно быть примерно одной трети этого размера. Если насекомое слишком большое, ловушка не сможет создать достаточно плотное уплотнение, чтобы не допустить проникновения бактерий и плесени. Как только бактерии и плесень проникают внутрь, они могут размножаться, питаясь разлагающимся насекомым, и листья ловушки также поддаются нападению. Ловушка почернеет, когда листья загниют, и все это в конечном итоге просто упадет с растения.
Венериные мухоловки могут терпеть потерю ловушек тут и там, потому что растение может в конечном итоге вырастить новые. Подобно производителю товаров для дома, природа спроектировала ловушки с запланированным устареванием. Примерно после 10-12 закрытий (частичных или полных) ловушки теряют способность захватывать что-либо. Листья остаются широко раскрытыми, и вместо прохождения ритуала привлечения насекомых и их поедания бывшая ловушка направляет свою энергию на процесс фотосинтеза до конца своей жизни, обычно около 2-3 месяцев. Таким образом, если ловушка неоднократно стимулируется несъедобными предметами, растение может компенсировать часть энергии и АТФ, потерянных при открытии и закрытии ловушки, в течение этого времени, потраченного исключительно на фотосинтез.
Но вернемся к ужину. Как только насекомое прочно устроится в ловушке, можно начинать процесс пищеварения. Ловушка теперь служит миниатюрным желудком. Подобно нашему желудку, ловушка выделяет кислые пищеварительные соки, которые:
- растворяет мягкие ткани и клеточные мембраны пищи
- служат антисептиком для уничтожения небольшого количества бактерий, случайно съеденных или запечатанных вместе с пищей
- ферментативно расщепляют ДНК, аминокислоты и другие клеточные молекулы на мелкие кусочки, которые могут быть поглощены растением
Эти пищеварительные соки выделяются железами на внутренней поверхности ловушки прямо на пойманную добычу. Насекомое купается в этих соках в течение от 5 до 12 дней, в течение которых насекомое переваривается и извлекается питательные вещества. Время зависит от:
- Размер насекомого. Чем оно больше, тем больше времени требуется, чтобы сломаться.
- Возраст ловушки. Пищеварительная жидкость перерабатывается после каждого переваривания, и более старая ловушка может выделять несколько более слабую смесь кислоты и ферментов.
- Температура. Температура окружающей среды может влиять на скорость разложения, и до определенного момента повышение температуры ускоряет ферментативные процессы.
Процесс продолжается до тех пор, пока от насекомого не останется только твердый экзоскелет. (В отличие от людей и других позвоночных, у которых внутренний жесткий скелет состоит из кальцинированной костной ткани, насекомые и паукообразные используют более гибкий внешний экзоскелет как для защиты, так и для формирования каркаса своего тела.) ванне растение реабсорбирует пищеварительную жидкость. Это служит сигналом к открытию ловушки, а остатки насекомого обычно либо смываются дождем, либо сдуваются ветром.
Выращивание мухоловок дома
Если вы не живете там, где венериные мухоловки растут естественным образом, вы, вероятно, не сможете просто бросить одну из них в грязь в своем саду и наблюдать, как она растет. Однако, если вы готовы потратить немного времени и усилий, вы, безусловно, можете вырастить венериную мухоловку дома.