Дарвин ошибался? Исследователи раскрыли механизм одного из самых быстрых движений в растительном мире — и он оказался неожиданным.
Французские исследователи нашли объяснение тому, как венерина мухоловка (хищное растение Dionaea muscipula из семейства Росянковые (Droseracea)) захлопывает свои листья-ловушки всего за доли секунды после второго контакта с добычей. Работа показала, что ключевую роль играет не быстрое перераспределение воды внутри тканей растения, как считалось десятилетиями, а стремительное снижение жесткости клеточных стенок внешнего слоя листа. Результаты опубликованы в журнале Science.
Венерина мухоловка растет на бедных питательными веществами болотистых почвах Северной и Южной Каролины и восполняет нехватку азота и фосфора за счет переваривания насекомых. Когда жертва дважды касается чувствительных волосков на внутренней стороне ловушки за короткий промежуток времени, створки захлопываются примерно за одну десятую секунды.
Команда под руководством физика Йоэля Фортера из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и Университета Aix-Marseilles провела серию необычных экспериментов. Чтобы изучить механизм молниеносного движения, ученые фиксировали ловушки специальным стоматологическим клеем, не позволяя им закрываться полностью. Затем они использовали прибор-наноиндентор — сверхточный металлический зонд, измеряющий механические свойства поверхности листа.
Измерения показали, что сразу после активации внешняя поверхность ловушки становится на 30–40% мягче. По расчетам исследователей, растение заранее накапливает механическое напряжение, подобно взведенной пружине. Размягчение клеточных стенок высвобождает эту энергию и вызывает резкое «перещелкивание» листа в закрытое состояние.
Данные показали, что перенос воды внутри тканей происходит слишком медленно и не может объяснить столь стремительное движение и достаточно громкого звука.
Венерина мухоловка давно привлекала внимание ученых. Еще Чарльз Дарвин называл ее одним из самых удивительных растений на Земле и предполагал, что внутри может существовать некий аналог мышц. Однако новое исследование демонстрирует, что растение использует совершенно иной принцип охоты.
Авторы отмечают, что это первый известный пример настолько быстрого изменения механических свойств клеточных стенок у растений. По мнению ученых, открытие может пригодиться в биомиметике — при разработке мягких роботов и «умных» материалов, способных быстро менять форму без сложных приводов.
Венерина мухоловка — одно из немногих растений, способных к настолько быстрому движению. Ее ловушка закрывается быстрее, чем человек успевает моргнуть.
Каждая ловушка имеет своеобразную «память»: для закрытия обычно требуется два касания чувствительных волосков в течение 20 секунд. Это помогает избежать ложных срабатываний от дождя или мусора. Для начала переваривания жертва должна коснуться сенсоров еще не менее пяти раз.
Механизм захлопывания напоминает детскую игрушку-поппер — куполообразную резиновую полусферу, которая внезапно выворачивается и подпрыгивает при накоплении упругого напряжения.
По оценкам ботаников, в мире существует около 800 видов хищных растений, однако механизм венериной мухоловки считается одним из самых «хитроумных» и быстрых.
Латинское название рода Dionaea связано с греческим именем Диона, одним из эпитетов богини Афродиты. Ассоциация с Афродитой и Венерой объясняется визуальной схожестью ловчего аппарата насекомоядных растений с женским естеством. Видовое имя muscipula означает «мышеловка». Мышей растение, конечно, не ловит, а вот мелких лягушек — запросто.
