Вы здесь

Механизмы захвата непентес

Монстры. Чудовищные людоеды. Пожиратели дев. Цветы зла.  Уже при первом взгляде они должны вызывать ужас. Далекие джунглевые леса и болотные низины скрывают этих жаждущих плоти монстров. Многие люди готовы были принять на веру эти страшные рассказы. Многие, но не натуралисты – ботаники…

Растения монстры

В 1770-х годах великий шведский естествоиспытатель Карл Линней отверг эту идею как идею "против порядка природы". Даже век спустя, когда Чарльз Дарвин сообщил о своих опытах и наблюдениях над растениями, которые захватывают, а затем переваривают насекомых, многие просто отказались в это поверить. Директор Петербургского ботанического сада Э. Регель (1879) выразил мнение, что утверждение Дарвина о существовании в природе насекомоядных растений принадлежит к числу теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы, если бы оно не исходило от прославленного Дарвина, а холодный разум и основательное наблюдение исследователей скоро забросят эту теорию в ящик научного хлама.

Хищное растение Непентес

С тех пор прошло немало времени, и ученые привыкли к мысли, что некоторые растения плотоядны. Но и сейчас Непентес (Nepenthes) не перестает удивлять исследователей, заставляя порой менять свою устоявшуюся научную точку зрения.

Хищное растение непентес

Тщательно выверенные эксперименты, высокоскоростная видеосъемка, кропотливая полевая работа наталкивают ученых на мысль, что эти растения являются гораздо более хитрыми и более активными, чем считалось ранее. Есть даже предположения, что некоторые насекомоядные растения имеют "охотничьи стратегии" сродни тем, которыми обладают млекопитающие. Ботаники традиционно работали в основном с гербарными образцами или наблюдали растения в теплицах. Исследования, проведенные в естественных условиях, демонстрируют совершенно новую сторону растений, как изощренных охотников.  Непентес (Nepenthes) более грозный хищник, чем считалось ранее. И ассортимент его стола более разнообразный: насекомые, пауки, скорпионы, многоножки, улитки, лягушки и даже случайно попавшие в западню мелкие грызуны.

Тем не менее их ловчие кувшины кажутся совсем неискушенными по сравнению с другими плотоядными растениями. Венерина мухоловка захлопывается в доли секунды, не дав насекомому ни одного шанса на спасение.

Листья Росянки (Drosera) активируются, когда насекомое прилипло: ближайшие волоски наклоняются к насекомому и приклеивают его покрепче, затем лист оборачивается вокруг добычи и, как говорится, «приятного аппетита».

Большинство из 160 видов Непентес (Nepenthes) растут  во влажных лесах Юго-Восточной Азии, как правило, на бедных почвах или как эпифиты цепляются к деревьям. Все эти места бедны питательными веществами, такими как азот. Но азот тут все таки есть, он расхаживает на шести ногах… Растению нужно лишь поймать насекомое, чтобы получить удобрение.

Он растет как кустарник или лиана, часто вьется по деревьям на десятки метров, а ловушки-кувшины свисают с усиков на концах листьев.

Кувшины - высоко модифицированные листья и несмотря на то, что они сильно различаются по размеру, форме и цветовой гамме, все они имеют т.н. «рот», окаймленный ярко выраженным ободком.

Этот ободок называется Перистом. Он оснащен железами, которые производят нектар непосредственно под его внутренним краем. Этот нектар служит приманкой для добычи.

Внутренние стенки кувшина - зональные. Верхняя зона имеет гладкие и восковые стенки, а нижняя зона заполнена жидкостью и усеяна железами, которые производят пищеварительные ферменты, помогающие разрушить хитиновую структуру утопленной добычи.

Длина восковой зоны у разных видов Непентес

Кувшины различных видов непентес: N. alata, N. fusca, N. macrophylla, N. mirabilis, N. rafflesiana, N. dicksoniana, N. ventricosa, N. veitchii, N. bicalcarta.Пунктирная линия показывает восковую (скользкую) зону

В результате проведенных исследований ученые пришли к выводу, что восковая зона является важной частью механизма захвата. Ее структура такова, что ни муравьи, ни мухи не могут поддерживать точку опоры на этой поверхности и соскальзывают в нижний отдел кувшина. Кроме того, структура стенок не позволяет им выбраться из кувшина в обратном направлении. Но и это не все! Насекомые часто падают прямо через край внутрь кувшина, не касаясь «воскового слоя». Более того, некоторые виды Непентес (Nepenthes) не имеют такого покрытия вообще, но все они успешно справляются с захватом добычи.

В поисках объяснения натуралист Федерле и его коллега Хольгер Богн путешествовали по торфяным заболоченным лесам Брунея в северо-западной части острова Борнео. Их план состоял в том, чтобы выяснить как безвосковому Nepenthes bicalcarata удается кормиться различными видами муравьев. Они вели видеосъемку и статистический учет падающих в кувшины растений муравьев. Но каково было их разочарование, когда они увидели, что большинство насекомых благополучно возвращалось и вновь бродило по кувшину.

Ответ на свой вопрос ученые получили случайно, и он необычайно поразил их! Возвратившись к исследованию после ливня, они были удивлены, увидев, что каждый муравей, ступивший на перистом кувшина, беспомощно соскальзывает вниз и тонет. Это открытие было совершенно невероятным, ведь обычно поверхность растений отталкивает воду так, что капли дождя превращаются в шарики, которые скатываются с листьев.

Очевидно, есть что-то необычное в химическом составе поверхности перистома, что делает его весьма смачиваемым. Когда Федерле капнул воду на сухой перистом, он обнаружил, что в считанные секунды на нем сформировалась пленка.

Подобно автомобильным шинам на мокрой дороге, насекомые на мокром перистоме испытывали на себе эффект аквапланирования, соскальзывая прямо в рот кувшина.

Результат был настолько драматичен, что Федерле был поражен, ведь никто не замечал этого раньше, все предыдущие исследователи фактически исключили перистом как часть механизма захвата.  Совершенно очевидно, что они не видели Nepenthes во влажных условиях. Дальнейшие исследования показали, что влажный механизм перистома столь же важен и для тех видов, которые имеют восковую структуру стенок.

Исследователи сделали вывод, что аквапланирование от перистома является основным методом захвата.

В результате пищеварения добыча превращается в раствор аминокислот, пептидов, аммония и фосфатов, из которых Непентес извлекает минеральные вещества, в основном, азот и фосфор.

Во Франции, эколог Лоренс Гаум в Университете Монпелье и физик Йоэль Фортер из университета Прованса в Марселе обнаружили еще один, ранее неизвестный механизм отлова, который зависит от специфических свойств жидкости кувшина.

Как Федерле, Гаум была озадачена тем фактом, что кувшины без парафиновых стен были такими же эффективными в захвате насекомых, как и растения, которые ими обладали.

Она тоже отправилась на Борнео, чтобы в реальных условиях изучить механизм охоты Nepenthes rafflesiana, один из самых широко распространенных видов на Борнео.  Гаум заметила, что жидкость внутри кувшинов была скользкая на ощупь, но когда она потерла ее между пальцев, то почувствовала что в жидкости образуются волокнистые нити.

Она также заметила, что насекомые, падающие в эту жидкость, не могут из нее выбраться: чем больше они прилагают усилий, тем быстрее тонут. Они словно попадают в жидкие «зыбучие пески». Гаум предположила, что эта жидкость имеет необычные свойства, которые каким-то образом помогают ловким кувшинам удерживать добычу.

Вернувшись во Францию, Гаум совместно с Фортер провели лабораторные исследования. В результате их гипотеза подтвердилась. Свойства жидкости проявлялись лишь при ее взаимодействии с насекомым. По логике, низкое поверхностное натяжение жидкости способствовало бы тому, что бы насекомое сразу тонуло, но измерения показали, что оно мало чем отличается от поверхностного натяжения воды. Исследователи доказали, что насекомые, которые активно пытались высвободиться, сразу становились мокрыми и тонули, в то время как неподвижные насекомые оставались сухими.

В одной из ключевых частей видеоматериала, липкая нить явно сдерживала ноги мухи. Было также очевидно, что чем больше насекомое изо всех сил пыталось выбраться, тем быстрее оно было поймано.

Жидкость которая содержит длинно-полимеры, известна как «вязкоупругая жидкость». Любое движение внутри нее деформирует полимеры, растягивая их, как маленькие пружины и генерирует упругие силы в жидкости. Если движение прекращается, полимеры, в конце концов, расслабляются.

Речь идет о том, что само насекомое изменяет структуру жидкости. Она становится очень жесткой, как если бы насекомые плавали в меде. Единственный шанс на спасение – двигаться как можно медленнее. Но, как правило, насекомое паникует и мечется.

Для растений, которые растут во влажных местах обитания, ловушка, механизм удержания которой основан на «упругой жидкости», имеет еще одно преимущество: жидкость продолжает работать даже тогда, когда она сильно разбавлена дождевой водой.

Ученые определили, что она остается эффективной даже тогда, когда ее концентрация достигает соотношения 5% к 95% воды от первоначальной концентрации.

Другое направление исследований – увлажнение перистома. Круглосуточный мониторинг показал, что существует отчетливый суточный цикл сырости, независимо от того, шел дождь или нет. Было выявлено , что многие Непентесы имели сухой перистом в дневное время. Однако ранним вечером и ранним утром он был влажным и имел высокую эффективность для захвата добычи. Причем не было выявлено корреляции между возникновением увлажнения и повышением влажности воздуха или выпадением конденсата.

В тоже время они выявили увеличение выработки нектара в эти часы, а нектар оказался гигроскопичным, т.е.  он поглощает влагу из воздуха, тем самым продлевая период «мокрого» перистома. Вполне возможно, что Nepenthes регулирует степень увлажнения путем корректировки количество нектара, который они секретируют.

Почему же растения ограничивают себя в охоте?

Федерле считает, что этот очевидный на первый взгляд недостаток является частью стратегии по увеличению количества добычи, а не ее уменьшению. Для большинства Nepenthes, муравьи составляют основную часть добычи. Но муравьи, как известно не приходят сразу. Сначала они отправляют разведчиков. И если те находят пищу, они оповещают сородичей, которые устремляются за провиантом. Зачем же довольствоваться одинокими разведчиками, если можно побаловать себя большим количеством рабочих муравьев.

Ботаники предположили, что плотоядные растения - всегда наготове. Точное время, когда ловушка активируется может изменяться.  Эти дискреты могут быть не только между дневными и ночными часами, но и зависеть от климатических условий и погоды, а также от времени выработки секретируемого нектара. Непредсказуемость этих хищных растений не мешает, а помогает им выжить.

Еще один любопытный феномен: Хищные растения научились ловить своих жертв с помощью капель дождя.

Ловушки хищного растения Nepenthes gracilis используют капли дождя как источник энергии — чтобы быстро схватить добычу (насекомых). Об этом открытии ученые рассказали на страницах журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Хотя крайне медленные движения свойственны почти всем растениям, ловушки Nepenthes gracilis уникальны тем, что захлопываются (при попадании в них добычи) за долю секунды. В мировой флоре по скорости с ними могут сравниться механизмы катапультирования, выбрасывающие семена, споры и пыльцу с ускорением до 36000 g.

Как выяснили ученые, непентес научился пользоваться «дармовой» энергией падающих капель дождя. При дожде крышка ловушки ходит вверх-вниз, подобно трамплину, забрасывая прячущихся под ней от стихии муравьев внутрь, где они тонут. Скорость этих движений сравнима со скоростью отрыва саранчи от земли. Кроме того, ученые нашли на поверхности крышки тонкий слой воска. При низкой влажности и отсутствии дождя насекомые свободно перемещаются по кувшину и перистому. При выпадении осадков, когда муравьи прячутся под крышкой кувщина от дождя, крышка начинает работать как захватывающий механизм, не дающего насекомым удержаться на ней или на перистоме. Оказалось, что эти поверхности становятся скользкими и не дают муравьям ни единого шанса. Кувшин по сути работает как мышеловка без приманки, чтобы сбрасывать муравьев в ловушку, когда растение вибрирует (во время дождя), но удерживает их от падения в спокойном состоянии. «Обычно хищные растения делят на два типа — активно ловящие, с движущимися органами, и пассивно ловящие (с неподвижными ловушками). Однако мы обнаружили ловушку, которая движется крайне быстро, с использованием внешнего источника энергии, но пассивным образом. Она не вписывается в привычные категории», — отметила руководительница исследования Ульрике Бауэр (Ulrike Bauer).

 

Nepenthes lowii 

Не все плотоядные животные регулярно охотятся, многие не брезгуют и падалью. Так и в семье Непентес (Nepenthes), как говорится, «не без уродов». Некоторые виды добывают азот другим способом. Крышка их кувшинов  видоизменена и отогнута практически на 180 градусов, т.е.  «рот» кувшина всегда открыт. Что же может туда попасть?

Nepenthes ampullaria

Прежде всего опавшая листва и птичий помет, как в случае с N. ampullaria. Но некоторые пошли еще дальше. 

Древесная землеройка лакомится нектаром, слизывая его с крышки N. lowii

Так N. lowii  стал изысканным унитазом для древесных землероек. Они приходят полакомится нектаром, слизывая его с крышки кувшина, а в замен отдают… Есть мнение что нектар этого растения обладает эффектом слабительного. Так что Lowii не остается без вознаграждения.

Тупайи лакомится нектаром ловчих кувшинов

 

Удачи и помните, важно не то, что непентес может сделать для вас, а то, что вы можете сделать для него, ибо мы в ответе за тех, кого приручили!

АВТОРИЗАЦИЯ

NEPENTHES - ВИДЫ

25 / сен
На фото — хищное растение, кувшинчик Nepenthes lowii и сидящая на нем тупайяTupaia montana. На острове Борнео крупные кувшинчики-непентесы вступили в симбиоз с этими ближайшими родственниками приматов,...
25 / апр
Не так давно, в южной части полуостровной территории Тайланд, были обнаружены два родственных вида непентес Nepenthes rosea (2014) и Nepenthes krabiensis (2016). Это очень похожие виды обитающие в одном ареале. Оба эти виды были обнаружены только в...

Все об уходе и
выращивании
непентес
Сфагнум: Торфяной мох, вероятно, является наиболее важным компонентом почвы для большинства хищных растений. Он всегда должен быть сфагнумом; слово "сфагнум" должно всегда быть на упаковке. Сфагнум, как правило, доступен во всех сетевых магазинах...