Н. Л. Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №1, 2016

Всякому существу необходимы для жизни азот и фосфор. Животные получают их с пищей, растения — из почвы. Если же почва нужными элементами бедна, растениям приходится ловить животных и всасывать растворенные питательные вещества из переваренной добычи. Хищничество возникало в ходе эволюции покрытосеменных неоднократно и независимо, и ловушки у растений разные. Основных принципов охоты, однако, два: активная поимка и пассивная ловушка.

К пассивным охотникам относятся, например, представители многочисленного рода Nepenthes. Они выделяют сладкий нектар, привлекающий насекомых, которые, поскользнувшись, падают в кувшинчик-западню со скользкими стенками и пищеварительной жидкостью на дне. Ловушки активных охотников движутся, реагируя на прикосновение добычи. Растения не имеют мышц, и в движение их приводят гидравлические процессы: жидкость перемещается между клетками и тканями, повышая осмотическое давление в одних местах, ослабляя в других и изменяя таким образом кривизну соответствующего органа.
орость подобных движений зависит прежде всего от величины пути, который должна преодолеть вода, и, следовательно, ограничена скоростью диффузионных процессов. Она не очень велика — вспомните, как неспешно росянки Drosera сворачивают свои ловчие листья. Но им можно и не торопиться, поскольку насекомое уже прилипло к многочисленным клейким волоскам.

Однако многие хищные растения имеют быстродействующие ловушки, которые на одной гидравлике работать не могут. И хотя описаны они очень давно, принцип их действия оставался загадкой до тех пор, пока не появились скоростная видеосъемка, компьютерное моделирование и другие технические новшества, позволившие наконец ученым выяснить то, что они давно хотели знать, но не у кого было спросить. Тогда и оказалось, что многие растения используют упругую энергию, которая существенно повышает быстродействие ловушек.

Хлопок

Один из самых известных и самых быстрых охотников — венерина мухоловка Dionaea muscipula (рис. 1). Это небольшое растение имеет 5–7 ловчих листьев, верхняя часть которых представляет собой ловушку из двух половинок, соединенных жилками. Распахнутая ловушка привлекает насекомых своей яркой подкладкой, но в центре каждой дольки находятся чувствительные волоски — механосенсоры, вырабатывающие электрический сигнал. Если задеть их дважды с интервалом 0,75–20 с, жидкость в тканях приходит в движение, приливает в клетки наружной стенки, из внутренних клеток откачивается и через 100 мс ловушка захлопывается. Такая скорость поразила еще Дарвина, который назвал это растение одним из удивительнейших в мире. Однако изменение тургора подобного быстродействия не объясняет.

Проблемой заинтересовались специалисты Кембриджского и Гарвардского университетов и университета Прованса (Nature, 2005, 433, 421–425, DOI:10.1038/nature03185). Использовав скоростную видеосъемку, они установили, что ловушка закрывается в три этапа. Начальный, медленный, занимает 1/3 с, за это время происходит 20% смещения створок. Основное закрытие (60%) происходит за 1/10 с, это быстрый этап, а финал опять медленный, около 1/3 сек.

Ученые нанесли координатные метки на внешнюю поверхность ловчего листа и проследили за изменением его геометрии в процессе закрывания, измерили напряжение, возникающее в тканях листа, и даже создали простую модель поведения ловушки, где лист представлен как тонкая, слабо искривленная эластичная раковинка. В результате получилась следующая картина.

Ловчий лист имеет два состояния, устойчивых к малым механическим возмущениям: открытое и закрытое. Половинки открытой ловушки вогнуты внутрь, у захлопнувшейся они выгнуты, закрытая ловушка округлая. Когда насекомое задевает сенсорные волоски, жидкость притекает в цилиндрические клетки внешней поверхности ловушки.
инные оси этих клеток расположены поперек листа, любое изменение тургора приведет к его деформации. Клетки наливаются жидкостью, лист медленно и почти незаметно глазу меняет кривизну до тех пор, пока не теряет свое устойчивое «открытое состояние». Тогда высвобождается накопленная в вогнутых створках упругая энергия, и лист быстро переходит во второе устойчивое состояние, выгибаясь в другую сторону. Ловушка захлопывается, однако не до конца. В ее тканях перпендикулярно поверхности листа продолжает двигаться жидкость, и, когда конфигурация ловушки меняется, этот поток тормозит движение. Завершающий этап закрывания ловушки относительно плавный.

Скорость захлопывания зависит от размеров, толщины и искривленности долек. Большой, искривленный лист выделяет больше упругой энергии и захлопывается быстрее, чем маленький и слабо выгнутый.

Авторы исследования назвали устройство венериной мухоловки гениальным техническим решением. А специалисты Массачусетского университета в Амхерсте учли венерин опыт и разрабатывают плавно и быстро действующие переключатели, принцип работы которых основан на изменении кривизны тонких пленок определенной формы (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112, 11175–11180; DOI:10.1073/pnas.1509228112).

Бросок

Выше мы упоминали росянок как хищников активных, но неспешных. Их листья покрыты волосками, выделяющими капельки клея для привлечения и поимки насекомых. Чтобы полностью окутать пойманную добычу, лист росянки заворачивается, и этот процесс занимает от нескольких минут до нескольких часов. Когда добыча поймана и задушена, железы на клейких волосках и на поверхности листьев выделяют пищеварительные ферменты, растворяют добычу и всасывают питательные вещества.

Но есть среди росянок один австралийский вид, Drosera glanduligera, который отличается от других наличием чувствительных неклейких (сухих) волосков, способных сгибаться за доли секунды. Этот феномен впервые обнаружил австралийский биолог Ричард Дэвион в 1974 году, а опубликовал свои наблюдения в конце 1990-х. Он писал, что сухие волоски, когда насекомое за них задевает, забрасывают жертву прямо в центр ловушки, усеянный клейкими железами. Спустя годы за исследование австралийской росянки взялись специалисты университета Фрайбурга (Германия). Они также использовали скоростную видеосъемку и электронную микроскопию, представили первые экспериментальные доказательства того, что неклейкие волоски действительно участвуют в поимке добычи, и предложили объяснение механизма их действия (PLoS ONE, 2012, 7(9): e45735, DOI:10.1371/journal.pone.0045735).

Австралийская росянка образует на земле розетку листьев около 4 см в диаметре. Каждый лист-ловушка имеет форму ложки и покрыт многочисленными клейкими волосками, а еще у него есть 12–18 волосков, выдающихся за края розетки (рис. 2). В естественных условиях растение ловит преимущественно пеших членистоногих. Исследователи выращивали росянку в теплице и скармливали ей перед видеокамерой дрозофил Drosophila melanogaster. Движения волосков записывали без насекомых, стимулируя их прикосновением нейлоновой нити.

Камера зафиксировала, что оба типа волосков срабатывают в ответ на прикосновение. Поимка насекомых происходит в два этапа. Сначала сухой волосок катапультирует задевшее его насекомое к центру листа, где оно попадает на клейкие волоски, полностью обхватывающие добычу минуты за две. Это более сложная система, чем у других росянок, которые охотятся, полагаясь исключительно на липкость. Приспособление австралийской росянки вполне можно назвать катапультой-ловушкой. На трепетание уже пойманных мух оно не реагирует, только на тех, что приближаются к растению.

Катапульта имеет около 6 мм в длину и оканчивается чувствительной головкой, ее раздражение вызывает деформацию шарнирной зоны волоска, расположенной ближе к центру листа. Бросок длится около 75 мс, то есть эта ловушка срабатывает быстрее, чем у венериной мухоловки. При этом головка катапульты развивает максимальную скорость 0,17 м/с и ускорение до 7,98 м/с² (рис. 3). Скорость ловушек зависит от температуры и влажности, быстрее всего они движутся в очень жаркие дни.

Шарнирная зона катапульты скручивается, предположительно, потому, что определенные клетки в ней теряют воду и «сдуваются», а нижние по-прежнему остаются напряженными и упругими (рис. 4). Точный механизм скручивания еще предстоит установить.

Катапульта — устройство одноразового действия. Сжатие клеток, возможно, их повреждает, и волосок уже не распрямляется. Однако за три-четыре дня у австралийской росянки отрастает новый лист, так что заново взводить сработавшую катапульту смысла нет.

По мнению исследователей, катапульта расширяет зону досягаемости ловчего листа и позволяет поймать более крупную добычу, которая оторвалась бы от одной-двух капель клея. Из центра листа, где ее окружают многочисленные клейкие волоски и пищеварительные железы, выбраться гораздо труднее.

Всасывание

Как ни быстры росянка с мухоловкой, есть хищное растение, которое действует молниеносно: глаз не успевает заметить, куда девается добыча. Но исследователи университетов Гренобля и Фрайбурга применили видеосъемку со скоростью 15 тысяч кадров в секунду и всё рассмотрели (Proceedings of the Royal Society B, 2011, 278, 2909–2914, DOI:10.1098/rspb.2010.2292; AoB PLANTS, 2015, plv140, DOI:10.1093/aobpla/plv140).

Род пузырчаток Utricularia насчитывает около 240 видов, распространенных по всему миру, преимущественно в Южной Америке и Австралии. Они растут на берегах водоемов во влажной почве, на влажных скалах и стволах деревьев, плавают в воде. Настоящих корней у них нет, только корневидные выросты (ризоиды), которые удерживают растение на месте. Ученые работали с тремя водяными видами U. australis, U. inflata и U. vulgaris, которые охотятся, всасывая добычу в ловушки-пузырьки (рис. 5). Жертвами становятся все, кто может поместиться внутри; случается, что голова слишком крупной добычи торчит наружу. Диаметр ловушек варьирует от 0,5 до 6 мм в зависимости от вида.

У ловчего пузырька довольно сложное строение. Его плотные стенки внутри и снаружи покрыты железами. Внешние, скорее всего, участвуют в откачивании воды из ловушки. Внутренние, по мнению исследователей, также должны откачивать воду, а еще выделять пищеварительные ферменты (протеазу, кислую фосфатазу и эстеразу) и всасывать питательные вещества, но какие именно железы за что ответственны, пока неизвестно.

Ловушка закрыта выпуклым люком со свободным нижним краем (рис. 6а). Со стороны камеры вход под люком укреплен утолщенным, отогнутым вверх «порогом». Он снабжен железами, выделяющими полисахаридную слизь, которая помогает сделать вход в ловушку водонепроницаемым и облегчает скольжение люка. Рядом с входом торчат чувствительные волоски: разветвленные «антенны» и нитевидные щетинки. Когда проплывающая мимо добыча эти волоски задевает, люк открывается и ловушка ее поглощает.

Этому молниеносному действию предшествует долгая подготовка: железы ловчего пузырька около часа активно выкачивают из него воду. Из-за разницы давления (внутри пустота, снаружи вода) эластичные стенки ловушки прогибаются, запасая упругую энергию (рис. 6б). В таком состоянии ловушка пузырчатки похожа на сжатую клистирную грушу. Ее можно взвести вручную, сжав пальцами, и она выпустит воду.

Когда люк открывается, вода буквально врывается в пустую ловушку, исследователи даже завихрения наблюдали. У пузырчатки U. inflata скорость течения на расстоянии 500 мкм от входа достигает 1,5 м/с, и у жертвы, попавшей в этот поток, нет шансов на спасение. Все случается за 0,5 мс, затем ловушка заполняется водой, ее стенки расслабляются, и люк примерно за 2,5 мс возвращается в исходное положение. Добыча задыхается в пузырьке, и ее переваривают. Спустя 15–30 мин после захлопывания люка (в зависимости от вида) растение вновь начинает откачивать воду. У пузырчаток многоразовые ловушки.

Скорость всасывания определяется способностью люка быстро открываться и закрываться. Ученые разработали модель, в которой люк представлен как половина эллипсоида, одна граница его фиксирована, а другая подвижна (рис. 7). Согласно этой модели, прикосновение к волоскам вызывает небольшую деформацию средней части люка и смещение его нижнего свободного края, после чего он больше не в силах сдерживать напор воды. Куполообразный люк вдавливается с одной стороны, открывая вход. Это событие можно назвать разблокировкой, ее ускоряет высвобождение упругой энергии стенок ловушки, переходящей в кинетическую. Пока скорость потока высока, люк открыт, но, когда давление внутри и снаружи выравнивается, он принимает свою исходную выпуклую форму, плотно закрывая ловушку.

Наблюдения показали, что ловушки могут срабатывать спонтанно: за 20 дней один пузырек открывался вхолостую 60 раз с интервалами от 5 до 20 часов. Спонтанное срабатывание может быть вызвано внешними причинами — колебаниями температуры или проплывающим мимо мусором — или же оно происходит, чтобы слишком долго не держать ловушку взведенной и предотвратить усталость материала.

Удар

Как быстро, оказывается, можно двигаться, не имея ни мышц, ни нервов, ни шарниров. Более того, можно даже не тратить энергию на перекачку воды и деформацию листьев. Хищное азиатское растение Nepenthes gracilis стряхивает насекомых в ловушку, используя удары дождевых капель.

Известно около 120 видов непентесов. Они заманивают добычу в висячие ловушки — кувшинчики, выделяющие нектар (рис. 8). Кувшинчик состоит из тела, частично заполненного пищеварительной жидкостью, ободка по краю (перистома) и крышечки, которая защищает от дождя содержимое кувшинчика. Большая часть выделяющих нектар желез расположена под крышкой и вокруг внутренней кромки перистома. В сухую погоду кувшинчик безопасен, и насекомые охотно залезают внутрь полакомиться нектаром. Но после дождя перистом покрывается тонкой водяной пленкой, стабильной и очень скользкой. Помимо перистома опасность представляют внутренние стенки кувшинчика, выстланные тонким слоем воска, который мешает удержаться на растении. Кроме того, эти пластинки легко ломаются и забивают липучие подушечки насекомых, уменьшая сцепление. А на дне кувшинчика — вязкая жидкость с пищеварительными ферментами. Кругом опасности!

N. gracilis отличается от прочих непентесов тем, что у него воском покрыты не только стенки, но и нижняя поверхность крышечки, причем воск на разных частях кувшинчика явно разного качества. Немецкая исследовательница насекомоядных растений Ульрике Бауэр, работающая сейчас в разных британских университетах, и ее коллеги обратили как-то внимание на муравья, который скользил и падал на стенках, а по крышечке шел спокойно. Их интерес возрос, когда спрятавшийся под крышечкой от дождя жук сорвался и полетел вниз после того, как по ней ударила капля. Муравьи в дождливую погоду тоже часто падали. Тогда ученые заподозрили, что крышечка играет важную роль в охоте N. gracilis, перенесли эксперименты в лабораторию, исследовали роль крышечки в поимке добычи, а также детально изучили структуру ее восковых кристаллов с помощью сканирующего электронного микроскопа (PLoS ONE, 2012, 7(6): e38951. DOI:10.1371/journal.pone.0038951; Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112, 13384–13389, DOI:10.1073/pnas.1510060112).

Полевые наблюдения показали, что с нижней части крышечки муравьи падают только во время дождя и некоторое время после него, пока по ней ударяют капли, однако свойства воска в сырую погоду не меняются. В лаборатории исследователи работали с пойманными на воле муравьями Crematogaster sp., обычными визитерами N. gracilis. Насекомых запускали на свежесрезанные кувшинчики, ориентированные вертикально, как в природе, а когда муравьи приступали к трапезе, роняли на крышечку капли с высоты 40 см. Опыты проводили на открытой веранде, из-за движения воздуха капли падали на разные места крышечки. Капли сшибали около 40% забравшихся под нее муравьев, и ученые смогли выяснить, что при дожде безопаснее всего сидеть у основания крышечки. Ни до, ни после искусственного дождя ни одно насекомое не упало.

Если смазать нижнюю часть крышки нетоксичным силиконовым полимером, который делает поверхность нескользкой, или стереть воск с ее поверхности, то эффективность охоты существенно снижается: капли сбили лишь двух муравьев из 46. Но кое-кого непентес может поймать с помощью перистома и внутренней стенки.

По данным сканирующей электронной микроскопии, воск на внутренней стенке кувшинчика имеет такую же структуру, как у других видов непентеса (рис. 9). Это слой восковых пластинок толщиной около 3 мкм, объединенных в короткие восковые кристаллы. Муравьи по ним скользят. Нижняя часть крышки утыкана восковыми столбиками около 1,8 мкм в высоту и 1,57 мкм в диаметре. Иногда эти столбики объединены в плотные блоки. Поверхность кутикулы между столбиками абсолютно гладкая. Восковые столбики мешают муравьям как следует держаться за поверхность крышки, им трудно всунуть между ними лапки. Измерения силы сцепления показали, что изнанка крышечки для муравьев более скользкая, чем чистая стеклянная поверхность. Но они как-то держатся и ходят по крышке довольно уверенно, пока нет дождя.

Крышечка N. gracilis несколько меньше, легче и жестче, чем у других видов. Благодаря этим свойствам она откликается на удар попадающей на нее капли, как торсионная пружина: резко уходит глубоко внутрь кувшинчика, а потом после нескольких колебаний возвращается в исходное положение. Амплитуда колебаний ее края составляет 3,83 ± 3,09 мм, максимальная скорость достигает 1,5 м/с, а ускорение — 300 м/с². Неудивительно, что муравей от такого толчка слетает со скользкой крышечки. У других непентесов, например N. rafflesiana, которая, как и N. gracilis, растет в лесах Борнео, крышечка под ударами капель только изгибается, амплитуда ее колебаний существенно меньше, и муравьи падают лишь с самого края, если не успевают за него ухватиться.

Геометрия и механические свойства крышечки в сочетании со скользким воском, покрывающим ее изнутри, делают охоту N. gracilis чрезвычайно эффективной. В отличие от других ловушек-кувшинчиков его ловушка действует быстро и при этом не тратит энергию на активные движения. Ее быстродействие можно сравнить только с пузырчаткой. Это единственный известный случай функционального движения растений, вызванного внешними причинами.

Дожди на Борнео, как правило, сильные, но короткие, идут меньше часа. Поэтому значительную часть дня нижняя часть крышки N. gracilis представляет собой безопасное место для добывания еды. И все же дождь может застигнуть муравьев где угодно. Сильный ливень они стараются переждать под листьями, и даже когда он кончился, вода еще капает с деревьев. Эти крупные капли смертельно опасны для муравья, если он оказался в кувшинчике именно в это время.

Ульрике Бауэр и ее коллеги подчеркивают, что N. gracilis служит примером того, как небольшое изменение поверхности и свойств материала может придать адаптивную функцию структуре, служившей изначально для других целей. Ученые предположили, что подобный механизм позволяет растениям стряхивать во время дождя насекомых-вредителей. Скользкие восковые кристаллы найдены у разных растений, они действуют как репелленты. При этом такие растения необязательно устойчивы к поеданию, поскольку их скользкие листья отпугивают также многих хищников и паразитоидов своих вредителей (паразитоидами называются насекомые, откладывающие яйца в тело хозяина), создавая для тех вредителей, которые научились держаться на скользкой поверхности, безопасную нишу. Однако для изучения влияния структуры листьев на защитные свойства растений необходимы дальнейшие исследования, но это будет совсем другая история.

Источник: elementy.ru

Что, где, когда

В русскоязычной литературе, как правило, встречается термин «насекомоядные растения», что не совсем корректно, так как растения поедают также мелких животных, например, лягушек, змей, птиц. Название «растения-хищники» тоже не отражает сути, потому что эти представители флоры не занимаются активной охотой. В англоязычной литературе можно встретить термин «плотоядные растения», но он тоже далек от сути: к плоти нельзя отнести, например, пыльцу растений.

Насекомоядной флорой ученые активно занимаются уже более 200 лет, но вопросов пока больше, чем ответов.

Сейчас известно более 500 видов растений-хищников. Обычно они произрастают во влажном климате – тропических дождевых лесах, заболоченных местностях.  Поскольку здесь мало важных для них веществ, таких как азот, фосфор, соли натрия, магния, кальция, эти растения и добывают недостающие им элементы из животных. Но процесс фотосинтеза (создание органических веществ на свету из углекислого газа и воды) для них характерен, как и для обычных растений.

Ископаемые остатки (обычно пыльца) «хищников» указывают на их возможное происхождение в раннемеловом периоде. Насекомоядность возникла предположительно как защитное приспособление от поедания. И в дальнейшем получила свое развитие как форма питания.

Растения-хищники. Врага надо знать в лицо

• Зубастая мухоловка

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) относится к семейству росянковые. Растет в нескольких штатах Северной Америки, на побережье Атлантики. Предпочитает сфагновые болота, сырые заболоченные луга, песчаные почвы с высоким стоянием грунтовых вод.

У мухоловки на коротком стебле развивается розетка листьев, из центра которой вырастает длинный цветонос с несколькими белыми цветками. Черешок листа широкий и плоский, а пластинка разделена на две округлые створки, расположенные под углом друг к другу и снабженные по краям длинными крепкими зубцами. Это типичный пример захлопывающейся ловушки. Каждая створка листа мухоловки снабжена тремя чувствительными волосками: при касании насекомым двух из них из основания растения поступает достаточно мощный электрический импульс, приводящий ловушку в действие. Подобные процессы мы наблюдаем при передаче возбуждения в нервно-мышечном аппарате животных. Этот механизм позволяет избегать случайного срабатывания, например, от капли дождя. Растение реагирует, если на него попадает волосок весом всего 0,0008222 мг!

Ловушка захлопывается в пределах одной пятой доли секунды. Заходящие друг за друга зубцы закрываются неплотно – маленькое насекомое может выбраться наружу, и ловушка открывается вновь. Растение не расходует ценную пищеварительную жидкость на мелкую, не очень питательную добычу. Но если попадается крупная «дичь» (размером более 3–4 мм), ловушка медленно смыкает створки в течение нескольких часов, пока не раздавит свою жертву.

Верхняя поверхность листа густо покрыта крошечными железками красноватого цвета. При наличии жертвы они выделяют жидкость, содержащую муравьиную кислоту и ферменты. Стенки клеток листа при этом не повреждаются, они защищены слоем воскоподобных веществ, как желудок человека – слоем слизи. Затем через них происходит всасывание растворенных питательных веществ.

В закрытом состоянии ловушка пребывает около двух суток. После второй-третьей «охоты» лист мухоловки отмирает. Старые листья постоянно заменяются новыми.

• Мертвая хватка росянки

Род Росянка (Drosera) один из самых больших по количеству и разнообразию жизненных форм. Известно более 90 видов его представителей, распространенных по всему земному шару.

Во влажной местности, чаще всего на сфагновых болотах умеренного пояса, растут неприметные росянки круглолистные (Drosera rotundifolia). Их маленькие круглые листочки, размером не более копеечной монеты, прижаты к земле и собраны в розетку. Летом росянка цветет крошечными белыми цветочками на длинном цветоносе. Капельки жидкости на волосках ее листьев раньше принимали за росу, отсюда и название растения. Но оказалось, что это клейкая и едкая жидкость, привлекающая насекомых.

Лист росянки представляет собой липучую ловушку. Он покрыт булавовидными щупальцами, которые состоят из железистой головки и ножки – проводящей системы. Севшее на лист насекомое приклеивается к нему. Пытаясь вырваться, жертва приводит клетки в состояние «возбуждения». Сигнал по внутреннему жидкому содержимому клеток передается в ножку щупальца, затем в пластинку листа и наконец в соседние щупальца. Соседние волоски наклоняются в сторону источника движения, и в результате добыча оказывается еще более прочно схваченной.

Реакция щупалец листа повышается в тех случаях, когда за механическим следует химическое раздражение, вызываемое веществами, исходящими от тела насекомого. В ответ на раздражение лист медленно сворачивается «в кулачок». Затем следует выделение кислоты и ферментов. Росянка переваривает насекомое внутри свернутого листа в течение нескольких дней. А после этого вновь лист распрямляется, щупальцы разгибаются. Поверхность железок некоторое время остается сухой, и твердые непереваренные остатки насекомого сдувает ветер, а лист росянки снова покрывается «росой» и готов к охоте.

На Руси росянку использовали как лечебное растение при простудных заболеваниях. Листьями росянки до сих пор створаживают молоко – они содержат гидролитические ферменты, а в слизи – симбиотические микроорганизмы.

Соком росянки лечили сердечные болезни, атеросклероз, чахотку, астму, хронический бронхит, сводили бородавки и мозоли.

• Смертоносный нектар саррацении

Вдоль Атлантического побережья Северной Америки и Канады, на торфяниках и в заболоченных лесах обитают саррацении (Sarracenia), относящиеся к одноименному семейству. Саррацения привлекает внимание насекомых длинными трубковидными ловушками, которые представляют собой видоизмененные листья, отрастающие от подземного корневища. Изумрудные, покрытые густой нарядной сеткой малиновых жилок, истекающие сладким соком, они напоминают сказочные цветки.

Кувшинчики у разных видов высотой от 10 до 80 см. Каждый ловчий лист несет крыловидную оторочку, верхняя часть которой имеет вид крышки. Эти зонтики, возникающие в результате расширения срединной жилки, защищают полость кувшинчика от дождя. Иногда листья-трубки полулежат на поверхности земли, напоминая приподнимающуюся кобру.

Вся оторочка усеяна многочисленными нектароносными железками, которые образуют медовую дорожку, уводящую ползущее насекомое с земли все выше к краю кувшинчика. Жесткие, длинные волоски направлены внутрь кувшина. Они не дают насекомым выбраться обратно. Отягощенное сладкой пищей, насекомое скользит вглубь по гладкой, покрытой воском поверхности кувшина, падая на дно.

Существует две теории переваривания жертвы. По одной из них клетки стенок кувшинчика выделяют пищеварительные, антисептические вещества и являются одновременно всасывающей поверхностью. По другим данным, на дне кувшинов саррацений постоянно живут бактерии, выделяющие пищеварительные ферменты, которые служат растению для переваривания насекомых.

В мае–июне из центра розетки саррацении появляются одиночные красные, или красно-фиолетовые, или желтые цветки с приятным ароматом на длинных цветоножках. По форме они напоминают цветки нарцисса выпуклой трубкой, закрытой спереди. В настоящее время выведено много красивых форм саррацений, отличающихся формой, размерами и окраской листьев.

• Прожорливые «желудки» непентеса

Непентес (Nepenthes) – один из самых больших родов насекомоядных растений семейства аристолохиевые. В природе непентесы произрастают в тропических лесах от Мадагаскара до Австралии; могут встречаться в горах на высоте до 2000 м, на краю леса, в зоне морского прибоя.

Эта кустовидная лиана чаще всего ведет эпифитный образ жизни. Стебли растений обвивают стволы деревьев на десятки метров в высоту, вынося свои узкие кистевидные соцветия с невзрачными цветками к свету. Листья непентесов крупные, овально-ланцетовидные с оттянутой верхушкой. Наряду с обычными развиты своеобразные кувшинчатые листья, являя собой пример видоизменения органа для выполнения узкой функциональной задачи.

Взрослый лист непентеса состоит из трех частей: широкая зеленая пластинка служит для фотосинтеза; средняя нитевидная часть наделена контактной чувствительностью и является органом, с помощью которого растение лазит, обвивая листья деревьев; верхушечная часть превращена в кувшинчик с крышечкой и приспособлена для ловли насекомых. Урны у различных видов непентеса отличаются по размерам: от 2 до 50 см в длину. Кувшинчики окрашены в яркие цвета: красные, молочно-белые, расцвечены пятнистым рисунком.

Зонтик многих видов по краям снабжен острыми и длинными волосками, направленными во все стороны и преграждающими путь в кувшинчик непрошеным гостям – птицам, мелким зверькам. На внешней поверхности кувшинчика имеется зазубренная оторочка. На нижней стороне зонтика, не пропускающего дождь, и на внутренней поверхности воротничка располагаются железки, выделяющие нектар. Насекомое, привлеченное его запахом, забирается глубже под крышечку.

Внутренняя поверхность стенок кувшинчика покрыта двухслойным восковым налетом: нижний слой состоит из тонкой сеточки выступов, а верхний – из налегающих друг на друга мельчайших чешуек, которые прилипают к лапкам насекомого и, отрываясь от нижнего слоя, заставляют жертву как на коньках скользить вниз. 

Добыча не вылетает из ловушки: дурманящее вещество, содержащееся в нектаре, усыпляет, а нависающая крышечка дезориентирует насекомое. Хаотичные движения жертвы активизируют железы внутри сосуда, выделяющие муравьиную кислоту и пищеварительные ферменты.

Энергия переваривания белковых веществ у непентесов более высокая, чем у других насекомоядных растений: процесс занимает всего 5–8 часов. За это время от насекомого остается только хитиновый скелет, но и он в скором времени будет переварен.

Непентес используется малайцами несколькими способами. Истолченные корни принимают при желудочной боли и дизентерии, которая является общей проблемой для Малайзии. Лечебный эффект объясняется присутствием в ткани нафтохинонов. Соки стебля применяются для лечения лихорадки. Все растение используется как рвотное.

• Хитрые ловушки жирянки

Жирянки (Pinguicula) произрастают на торфяных болотах, в сырых местах во многих регионах земного шара. Их округлые листья собраны в крупную розетку, имеют глянцевую поверхность за счет покрывающего их «жира» — к нему и приклеиваются насекомые.

Верхняя поверхность листьев густо покрыта железками двух типов: на длинных и коротких ножках. У первых головки покрыты липкими выделениями и служат для ловли насекомых; вторые выделяют пищеварительный сок.

Попавшие в ловушку насекомые вызывают механическое раздражение железок, которое передается по тканям листовой пластинки, и ее края загибаются вверх. При этом обильно выделяется пищеварительный сок, который помимо пищеварительных ферментов содержит антисептические вещества. Последние препятствуют размножению бактерий.

Поглощение питательных веществ происходит через многочисленные тончайшие поры. Листья остаются свернутыми не более 48 часов.

Летние листья, на которых расположено большое количество чувствительных волосков с капельками жидкости, к осени отмирают. Вместо них отрастают зимние листья, которые вдвое меньше летних и лишены липкой субстанции.

Жирянка крупноцветная (Pinguicula grandiflora) произрастает в Ирландии. Летом из середины розетки вырастает длинный цветонос с крупными светло-фиолетовыми цветками, похожими на изящную бабочку.

__________________________________________________________________

Самолечение. Как деревья справляются с болезнями

Каждое растение может противостоять болезням при помощи заложенных в нем защитных механизмов, которые в момент повреждения или заражения вырабатывают специальные химические вещества.

 

 

 

Аллелопатия. Как растения влияют друг на друга

Несмотря на то, что растения лишены подвижности, природа наделила их множеством приспособлений, помогающих выжить в условиях жестокой внутри и межвидовой борьбы.

Источник: givoyles.ru

Непентес

Главным отличием тропических кувшиночников рода Nepenthes, от других плотоядных растений является размер: «кувшин» этого растения может достигать длины более 30 см, он идеально подходит для захвата и переваривания не только насекомых, но и маленьких ящериц, амфибий и даже млекопитающих. (Обреченных животных привлекает сладкий запах растения, и как только они попадают в кувшин, непентес начинает их переваривать, и этот процесс может занять до двух месяцев!) Существует около 150 видов Nepenthes, разбросанных вокруг восточного полушария; кувшины некоторых растений используются обезьянами в качестве питьевых стаканчиков (ведь эти животные слишком велики, чтобы оказаться на неправильном месте в пищевой цепи).

Дарлингтония

Дарлингтония — редкое хищное растение, произрастает в холодных водах болот Орегона и северной части Калифорнии. Это поистине дьявольское растение: оно не только заманивает насекомых в свой кувшин благодаря сладкому аромату, но имеет в нем многочисленные ложные «выходы», из-за чего его обреченные жертвы совершают неудачные попытки выбраться на свободу.

Как ни странно, натуралистам еще предстоит определить естественных опылителей дарлингтонии; известно, что определенный вид насекомых собирает пыльцу этого цветка и остается невредим, однако пока неизвестно какой именно.

Стилидиум

До сих пор неясно, являются ли растения рода Стилидиум подлинно плотоядными, или просто пытаются защитить себя от надоедливых насекомых. Некоторые виды оснащены липкими волосками, которые захватывают мелких насекомых, не имеющих ничего общего с процессом опыления, а их листья выделяют пищеварительные ферменты, способные медленно растворять несчастных жертв. Чтобы выявить значение потребляемых насекомых для жизни стилидиума, необходимо проводить дальнейшие исследования.

Росолист

Росолист произрастает в бедных на питательные вещества почвах вдоль берегов Испании, Португалии и Марокко, поэтому дополняет свой рацион редкими насекомыми. Как и многие другие хищные растения в этом списке, росолист привлекает насекомых благодаря сладкому аромату; его листья содержат липкое слизистое вещество, которое не позволяет жертве двигаться, а затем с помощью пищеварительных ферментов, несчастные насекомые медленно растворяется и растение получает необходимые питательные вещества.

Роридула

Родом из Южной Африки, роридула является хищным растением, хотя фактически не может переваривать насекомых, захватываемых с помощью липких волосков. Растение оставляет эту задачу клопам-слепнякам вида Pameridea roridulae, с которыми оно имеет симбиотические отношения. Что роридула получает взамен? Отходы жизнидеятельности клопов являются превосходным удобрением.

Кстати, в Балтийском регионе Европы были обнаружены окаменелости роридулы, возрастом 40 млн. лет, что является свидетельством более широкого распространения этого вида в течение кайнозойской эры, относительно нынешнего ареала.

Жирянка

Свое название растение получило из-за широких листьев с маслянистым покрытием. Это плотоядное растение является родным для Евразии и Северной, Южной, и Центральной Америки. Жертвы жирянки погружаются в липкую слизь и медленно растворяются пищеварительными ферментами. Если насекомые пытаются двигаться, листья начинают медленно скручиваться, а в это время липкая слизь растворяет белки добычи.

Генлисея

В отличие от других хищных растений, входящих в этот список, рацион генлисеи скорее всего состоит из простейших и других микроскопических организмов, которых она привлекает и ест используя специализированные листья, растущие под землей. Эти подземные листья длинные, светлые и внешне похожие на корни, но у растения также есть обычные зеленые листья, которые находятся над землей и участвуют в процессе фотосинтеза. Генлисея распространена в регионах Африки, Центральной и Южной Америки.

Венерина мухоловка

Венерина мухоловка является еще одним плотоядным растением: может быть, не самым большим, но, безусловно, самым известным в семействе Droseraceae. Она довольно маленькая (не более 15 см в длину) и ее липкая «ловушка» размером со спичечный коробок.

Интересно! Венерина мухоловка, чтобы сократить ложные захлопывания из-за падающих листьев и кусочков мусора, выработало уникальный механизм срабатывания ловушки: она захлопывается лишь при касании двух различных внутренних волосков в течение 20 секунд.

Альдрованда пузырчатая

Альдрованда пузырчатая — водная версия мухоловки, не имеет корней, плавает на поверхности озер и заманивает животных в свои маленькие ловушки. Ловушка этого растения-хищника способны захлопнуться за 1/100 секунды. Альдрованда и венерина мухоловка имеют общего предка — хищное растение, обитающее в течение кайнозойской эры.

Цефалот

Цефалот привлекает насекомых своим сладким ароматом, а потом заманивает их в кувшин, где несчастная добыча медленно переваривается. Для того, чтобы еще больше запутать добычу, крышки этих кувшинов выглядят как полупрозрачные клетки, которые дают надежду жертве выбраться из них.

Необычно, но цефалот находится в родстве с цветущими растениями (например, яблонями и дубами), что не характерно для других плотоядных растений.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

Эти удивительные растения относятся к плотоядным, так как они ловят насекомых и членистоногих, выделяют пищеварительный сок, растворяют жертву и в ходе этого процесса получают некоторые или большую часть питательных веществ. Почти все плотоядные растения растут в местах, где почва бедна питательными веществами.

Вот самые известные хищные растения, которые используют разные виды ловушек для того, чтобы заманить свою жертву.

Саррацения или Северо-американское насекомоядное растение является родом плотоядных растений, которые встречаются в районах восточного побережья Северной Америки, в Техасе, в Великих озерах, в юго-восточной Канаде, но большая часть находится только в юго-восточных штатах.

Это растение использует ловчие листья в форме кувшинки в качестве ловушки. Листья растения превратились в воронку с образованием, похожим на капюшон, который растет над отверстием, предотвращая попадание дождевой воды, которая может разбавить пищеварительные соки. Насекомых привлекает цвет, запах и секреции, похожие на нектар на краю кувшинки. Скользкая поверхность и наркотическое вещество, окаймляющее нектар, способствуют тому, что насекомые падают внутрь, где они погибают и перевариваются протеазой и другими ферментами.

Непентес, тропическое насекомоядное растение, это другой вид плотоядных растений с ловушкой, при которой используются ловчие листья в форме кувшинки. Существует около 130 видов этих растений, которые широко распространенны в Китае, Малайзии, Индонезии, на Филиппинах, Мадагаскаре, Сейшельских островах, в Австралии, Индии, Борнео и Суматре. Это растение также получило прозвище "обезьянья чашка", так как исследователи часто наблюдали, как обезьяны пили из них дождевую воду.

Большинство видов Непентес это высокие лианы, около 10-15 метров, с мелкой корневой системой. Из стебля часто видны листья с усиком, который выступает из кончика листа и часто используется для лазания. На конце усика, кувшинка формирует небольшой сосуд, который затем расширяется и образует чашу.

Ловушка содержит жидкость, выделяемую растением, которая может иметь водянистую или липкую структуру, и в которой тонут насекомые, которых поедает растение. Нижняя часть чаши содержит железы, которые поглощают и распределяют питательные вещества. Большая часть растений является небольшими и они ловят только насекомых, но крупные виды, такие как Nepenthes Rafflesiana и Nepenthes Rajah, могут ловить мелких млекопитающих, таких как крысы.

Генлисея состоит из 21 вида, обычно растет во влажной наземной и полуводной среде и распространена в Африке и Центральной и Южной Америке.

Генлисея представляет собой небольшие травы с желтыми цветами, которые используют ловушку типа крабовой клешни. В такие ловушки легко попасть, но из них невозможно выйти из-за небольших волосков, которые растут к входу или, как в этом случае, вперед по спирали.

У этих растений два различных типа листьев: фотосинтезирующие листья над землей и специальные подземные листья которые заманивают, ловят и переваривают мелкие организмы, такие как простейшие. Подземные листья также выполняют роль корней, такую как впитывание воды и прикрепление, так как у самого растения их нет. Эти подземные листья под землей формируют полые трубки, которые имеют вид спирали. Мелкие микробы попадают в эти трубки с помощью потока воды, но не могут из них выйти. Когда они доберутся до выхода, они уже будут переварены.

Дарлингтония калифорнийская — это единственный представитель рода дарлингтония, который растет в северной Калифорнии и Орегоне. Оно растет в болотах и родниках с холодной проточной водой и считается редким растением.

Листья Дарлингтонии имеют луковичную форму и образуют полость с отверстием, находящимся под вздутой, как воздушный шар, структурой и двумя острыми листами, которые свисают как клыки.

В отличие от многих плотоядных растений, оно не использует ловчие листья для ловушки, а используют ловушку типа крабовой клешни. Как только насекомое оказывается внутри, их сбивает с толку крапинки света, которые проходят через растение. Они приземляются в тысячи густых тонких волосков, которые растут внутрь. Насекомые могут следовать за волосками вглубь к пищеварительным органам, но не могут вернуться назад.

Пузырчатка — это род плотоядных растений, состоящих из 220 видов. Они встречаются в пресной воде или влажной почве в качестве наземных или водных видов на всех континентах, за исключением Антарктиды.

Это единственные хищные растения, которые используют пузырчатую ловушку. У большинства видов очень маленькие ловушки, в которые они могут поймать очень мелкую добычу, такую как простейшие. Ловушки составляют от 0,2 мм до 1.2 см, а в большие ловушки попадают более крупная добыча, как например, водяные блохи или головастики.

Пузырьки находятся под отрицательным давлением по отношению к окружающей остановке. Отверстие ловушки открывается, всасывает насекомое и окружающую воду, закрывает клапан, и все это происходит за тысячные доли секунд.

Жирянка относится к группе плотоядных растений, которые используют липкие, железистые листья для того, чтобы заманить и переварит насекомых. Питательные вещества, получаемые от насекомых, дополняют почву, бедную минеральными веществами. Существует приблизительно 80 видов этих растений в Северной и Южной Америке, Европе и Азии.

Листья жирянки сочные и обычно имеют ярко-зеленый или розовый цвет. Есть два специальных вида клеток, находящихся на верхней стороне листьев. Один известен, как цветоножная железа и состоит из секреторных клеток, находящихся на вершине одной клетки стебля. Эти клетки вырабатывают слизистый секрет, который образует видимые капли на поверхности листьев и действует, как липучка. Другие клетки называются сидячими железами, и они находятся на поверхности листа, вырабатывая ферменты, такие как амилаза, протеаза и эстераза, которые способствуют пищеварительному процессу. Тогда как многие виды жирянок плотоядны весь год, многие типы образуют плотную зимнюю розетку, которая не плотоядна. Когда наступает лето, оно расцветает, и у него появляются новые плотоядные листья.

Росянка составляет один из крупнейших родов плотоядных растений, имея, по крайней мере, 194 вида. Они находятся на всех континентах, за исключением Антарктиды. Росянка может формировать прикорневые или вертикальные розетки от 1см до 1 м в высоту и могут жить до 50 лет.

Для росянок характерны движущиеся железистые щупальца, увенчанными сладкими липкими выделениями. Когда насекомое приземляется на липкие щупальца, то растение начинает двигать остальные щупальца в направлении жертвы, чтобы в дальнейшем загнать ее в ловушку. Как только насекомое оказалось в ловушке, мелкие сидячие железы поглощают его и питательные вещества идут для роста растения.

Библис или радужное растение это небольшой вид плотоядных растений родом из Австралии. Радужное растение получило свое название за привлекательный вид слизи, которая покрывает листья на солнце. Несмотря на то, что эти растения похожи на росянки, они никак не связаны с последними и отличаются зигоморфными цветами с пятью изогнутыми тычинками.

Листья его имеют круглое сечение, и чаще всего они удлиненные и конические на конце. Поверхность листьев полностью покрыта железистыми волосками, которые выделяют липкое слизистое вещество, служащее ловушкой для мелких насекомых, садящихся на листья или щупальца растения.

Альдрованда пузырчатая — это великолепное бескорневое, плотоядное водное растение. Оно, как правило, питается мелкими водными позвоночными, используя ловушку-капкан.

Растение состоит в основном из свободно плавающих стеблей, которые достигают 6-11 см в длину. Листья-ловушки, величиной 2-3 мм, вырастают в 5-9 завитков по центру стебля. Ловушки прикрепляются к черешкам, которые содержат воздух, позволяющий растению плавать. Это быстро растущее растение и оно может достигать 4-9 мм в день и в некоторых случаях производить новый завиток каждый день. В то время как растение растет на одном конце, другой конец постепенно погибает.

Ловушка растения состоит из двух долей, которые захлопывается, как капкан. Отверстия ловушки направлены наружу и покрыты тонкими волосками, которые позволяют ловушке закрыться вокруг любой жертвы, которая оказывается достаточно близко. Ловушка захлопывается за десятки миллисекунд, что является одним из примеров самого быстрого движения в животном мире.

Венерина мухоловка, возможно, самое известное плотоядное растение, которое питается в основном насекомыми и паукообразными. Это мелкое растение, имеющее 4-7 листьев, которые растут из короткого подземного стебля.

Листовая пластина его разделена на две области: плоские, длинные, в форме сердца, способные на фотосинтез черешки и пару конечных долей, свисающих с главной жилки листа, которые формируют ловушку. Внутренняя поверхность этих долей содержит красный пигмент, а края выделяют слизь.

Листовые доли проделывают резкое движение, захлопываясь, когда стимулируются его сенсорные волоски. Растение настолько развитое, что может отличить живой стимул от неживого. Листья его захлопываются за 0,1 секунду. Они окаймлены жесткими, как шипы ресничками, которые удерживают добычу. Как только жертва попалась, внутренняя поверхность листьев постепенно стимулируется, а края долей растут и сливаются, закрывая ловушку и создавая закрытый желудок, где и происходит переваривание добычи.

listverse.com

Источник: scisne.net