Кушать подано

Хищные растения научились двигаться с космическими скоростями

Недавно в научном журнале Proceedings of the Royal Society появилось сообщение о том, что хищное растение пузырчатка оказалось одним из самых быстрых растений на планете. В предыдущем предложении многие могут споткнуться сразу в двух местах – во-первых, немного невероятной кажется сама идея существования хищных растений, а, во-вторых, возникает вопрос, каким образом растения, которые всю жизнь не сходят с места, могут быть быстрыми. Попробуем разобраться.

Помните фильм ужасов 1962 года “День триффидов”? По сюжету, после метеоритного дождя люди на Земле ослепли, а некоторые деревья превратились в плотоядных чудовищ – триффидов – и начали пожирать беспомощных слепцов. В 60-е годы, когда жанр хорроров был не так развит, как сегодня, фильм производил сильное впечатление. Ощущение ужаса не в последнюю очередь определялось тем, что угрозу для людей стали представлять такие привычно-безобидные и, главное, всегда неподвижные существа – растения. В безобидности и неподвижности растений уверено большинство людей, но в действительности в природе существует очень много растений-хищников, некоторые из которых к тому же весьма активно двигаются.

Такие необычные растения – всего их насчитывается около 630 видов – обитают преимущественно в тропиках и субтропиках, но некоторые встречаются и в средней полосе России. В отличие от триффидов, настоящие растения-хищники питаются преимущественно мелкими насекомыми и ракообразными. Лишь иногда часть хищников позволяет себе съесть лягушку или мышонка – впрочем, такие обильные трапезы хищным растениям вредны. Соответственно, размер “антивегетарианцев” редко превышает несколько сантиметров.

Зачем

В живой природе очень редко происходят бессмысленные явления – практически всегда та или иная черта или особенность обмена веществ появляются у организма для того, чтобы выполнять вполне определенную биологическую функцию. И хищничество растений также имеет под собой веские причины.

Принципиальное отличие между животными и растениями заключается в способности последних самостоятельно синтезировать органические вещества для построения своих тканей с использованием энергии солнечного света (этот процесс получил название фотосинтеза). Животные не способны получать органику из неорганики, и поэтому им приходится поедать растения или других животных.

Хищные растения, несмотря на свои необычные повадки, все же являются растениями и получают энергию для строительства новых клеток от Солнца. Животные для таких растений являются в некотором роде витаминами – зеленые хищники поедают их для того, чтобы восполнить недостаток некоторых необходимых элементов, в основном азота. Вероятно, растения научились получать азот из тел животных для того, чтобы освоить бедные этим элементом почвы и таким образом застолбить свободные экологические ниши.

Как

Drosera capensis “за работой”. Фото пользователя NoahElhardt с сайта wikipedia.org

Растения, которые любят закусить жучком или гусеницей, по-разному заманивают своих жертв. Приспособления для убийства делятся на пять основных типов. Один из самых простых – это свернутый из листьев кувшин, в котором находится раствор, содержащий пищеварительные ферменты. Стенки кувшина обычно покрыты слизью, и после того как привлеченное запахом содержимого насекомое падает туда, оно не может выбраться наружу. Таким образом находит себе пропитание, например, саррацения. Некоторые хищники, заманивающие своих жертв в кувшины, для их переваривания прибегают к помощи специальных бактерий.

Еще один способ, который плотоядные растения используют для того, чтобы переварить насекомое в спокойной обстановке – это обездвиживание жертвы при помощи клейких листьев. Особые железы выделяют приятно пахнущее (с точки зрения насекомых) клейкое вещество, которое надежно удерживает привлеченных запахом существ на листе. Для того чтобы извлечь из тела жертвы необходимые питательные вещества, растения сворачивают вокруг насекомого лист или же накрывают его снаружи другим листом. После того как обед оказывается в такой камере из листьев, он переваривается при помощи ферментов. Типичный представитель этого типа растений – жирянка.

Третий вариант охоты на насекомых предполагает активное участие самого растения. Ловушкой служат широкие листья, на которых расположены чувствительные волоски. Когда неосторожное насекомое касается волосков, листья немедленно смыкаются, запирая источник питательных веществ в камере, куда поступают пищеварительные ферменты. Такую стратегию охоты используют представители только двух родов хищных растений – альдрованды и дионеи (к последним относится небезызвестная венерина мухоловка).

Четвертый вариант убийства “приватизирован” единственным родом Utricularia – пузырчатками. Последним пристанищем насекомых и мелких рачков в случае встречи с пузырчаткой становятся специальные ловчие пузырьки. Так же как листья венериной мухоловки, они снабжены чувствительными волосками, при прикосновении к которым пузырек засасывает внутрь воду и того, кто недальновидно дотронулся до таких безобидных с виду тонких выростов. Кстати, пузырчатки не используют пищеварительные ферменты – они просто дожидаются, пока жертва разложится естественным путем.

Наконец, пятый тип ловушек – это лабиринты, образованные модифицированными листьями. Попав внутрь лабиринта, жертва не может найти дорогу к выходу и неизбежно переваривается ферментами. Такой тип питания характерен, например, для генлисеи, которая тоже относится к семейству пузырчатковых. Как вариант, вместо лабиринта хищники могут использовать камеру с узким входом (который почти никогда не становится выходом) или выросты, преграждающие жертве дорогу наружу.

Рекордсмены

Авторы работы, упоминавшейся в начале этой заметки, изучали пузырчаток. Ученые пытались понять, как именно работают ловчие пузырьки, которые выглядят как небольшие округлые камеры с подвижными “губами” – входными воротами. На “губах” находятся чувствительные волоски. Засасывание жертвы происходит с такой скоростью, что рассмотреть детали этого процесса невооруженным глазом невозможно. Поэтому исследователи использовали высокоскоростную камеру, которая способна регистрировать 10 тысяч кадров в секунду.

Анализ полученных записей позволил авторам, наконец, выяснить, как же “работают” пузырьки. Цикл убийства состоит из нескольких стадий. На первой особые органы выкачивают из пузырька воду, в результате чего давление в нем оказывается ниже давления окружающей среды. Входные ворота с чувствительными волосками расширяются, и когда потенциальная еда случайно задевает их, стенки пузырька начинают сокращаться до тех пор, пока ворота не откроются и не втянут жертву вместе с водой внутрь.

Венерина мухоловка обедает. Фото с сайта sdsu.edu

Ловушка пузырчатки закрывается за половину миллисекунды, и движется с ускорением около 600 g (g – ускорение свободного падения). Чудовищное количество g не оставляет жертве практически никаких шансов (для сравнения, космонавты внутри корабля “Союз” при приземлении испытывают перегрузки около 4g). В том случае, если рядом с пузырьками долго не проплывает добыча, через несколько часов они захлопываются вхолостую. Впрочем, не совсем вхолостую – внутрь ловушки все же попадает фитопланктон и другая “мелочь”, которой пузырчатка тоже не брезгует.

До появления новой работы звание самого быстрого хищного растения принадлежало венериной мухоловке. Но по сравнению с пузырчаткой мухоловка безнадежно отстает – время схлопывания ее листьев составляет аж 100 миллисекунд (то есть одну десятую часть секунды).

На сегодня ученые до конца не понимают, каким образом зеленым хищникам удается совершать движения с такой колоссальной скоростью. Большинство специалистов сходится, что оперативность достигается за счет комбинации сразу нескольких процессов, в частности, быстрого деления клеток и нагнетания осмотического давления за счет резкого выброса ионов. Не исключено, что после того, как ученые все-таки разберутся с растительными “спринтерами”, они смогут использовать “придуманные” ими механизмы для создания новых полезных устройств с модной нынче приставкой нано.