Один из видов непентеса — плотоядного растения, распространенного в джунглях — в ходе эволюции выработал механизм, который позволяет ему использовать энергию дождевых капель для охоты. Капля воды попадает на лист-крышку растения и отправляет сидящее на нем насекомое прямиком в ловушку. Однако оказалось, что механизм этой ловушки работает немного не так, как предполагалось ранее. Исследователи описали действие ловушки в статье для Biology Letters.
В мире насчитывается более 600 видов плотоядных растений. Они впервые были описаны в XVIII веке, но долгое время к ним не относились серьезно и считали их существование невозможным, поскольку они не укладывались в привычную картину ботанического мира. Но все изменилось благодаря Чарльзу Дарвину, который 15 лет наблюдал за этими растениями и в 1876 году выпустил труд «Насекомоядные растения». Именно Дарвин впервые подробно описал различные способы ловли и переваривания растениями добычи, а также зафиксировал их морфологические, физиологические и видовые особенности. Он выяснил, что растения выделяют жидкость, которая по составу и функциям похожа на пищеварительный сок и позволяет расщеплять животные белки.
Для захвата добычи некоторые плотоядные растения производят быстрые движения, но в отличие от животных, генерируют их без участия мышц: они используют процессы роста или переноса воды для накопления упругой энергии, которая потом резко высвобождается. И хоть эти пружинные механизмы позволяют растениям производить удивительно быстрые движения, они требуют времени и метаболической энергии для предварительного натяжения. Непентесы пошли по другому пути и ловят добычу с помощью неподвижных ловушек, похожих на ловчие ямы. Их видоизмененные листья образуют своеобразный кувшин с нависающей над ним крышкой. Насекомых привлекает нектар на краю ловушки (перистоме) и под крышкой, но из-за скользкой поверхности добыча падает в ловушку, заполненную жидкостью, где тонет и переваривается.
Nepenthes gracilis приспособил для охоты капли дождя: растение использует энергию от упавшей капли для быстрого движения ловушки без метаболических затрат. Колебания крышки листа-кувшина катапультируют добычу прямиком в ловушку, используя крышку как трамплин. Такое строение имеет несколько преимуществ: во-первых, приближенное к горизонтальному положение крышки придает ускорение падающим в кувшин насекомым; во-вторых, насекомые имеют доступ к нижней поверхности крышки и могут находиться на ней в состоянии ее покоя, но падают, как только она приходит в движение; наконец, жесткая крышка, прикрепленная к эластичной конструкции, передает силу удара жертве и облегчает действие «трамплина». Поворотное движение жесткой пластины крышки N. gracilis создает высокие рывковые силы почти на всей площади ее нижней поверхности, что говорит о существовании своеобразной «торсионной пружины» в области «горлышка» между корпусом кувшина и крышкой.
Исследователи Анна-Кристина Ленц (Anne-Kristin Lenz) и Ульрика Бауэр (Ulrike Bauer) из Школы биологических наук Бристольского университета подробно исследовали механизм работы ловушки N. gracilis и сравнили его с похожей по типу ловушкой растения Nepenthes rafflesiana. Используя изображения, полученные µ-CT сканером, ученые смоделировали реакцию ловушек обоих растений на удар при падении капли дождя на крышку кувшина. Исследователи обнаружили четко различимые модели деформации для обоих растений. Предыдущие предположения о работе «торсионной пружины» кувшина N. gracilis не подтвердились. Оказалось, что эта «пружина» состоит из двух отдельных частей и проходит дальше в корпус кувшина. В отличие от N. rafflesiana, изгиб которой происходил в самой крышке, у N. gracilis во время движения крышки вниз кривизна выросла в горлышке между корпусом кувшина и крышкой, а также в трубчатом теле кувшина. Промежуточная область показала сопротивление деформации.
Такая работа пружины делает ее зависимой от направления, то есть крышка легко движется вниз, но не вверх. При движении вверх сопротивление пружины замедляет крышку и она останавливается раньше, снова готовая к захвату насекомых. Также смещенное от центра расположение пружины предотвращает скручивание или раскачивание листа-крышки, что позволяет использовать энергию от удара по максимуму для движения вниз и сбрасывания жертвы в кувшин. Характерное «трамплинное» действие крышки N. gracilis подкрепляется адаптацией геометрии кувшина, которая облегчает анизотропную деформацию. Такое использование геометрии делает N. gracilis единственным известным растением, которое использует внешний источник энергии для совершения очень быстрого движения без метаболических затрат.
Ранее исследователи обнаружили, что другой вид непентеса умеет привлекать к себе внимание летучих мышей и использует свой кувшин как отражатель ультразвука. Чтобы больше узнать о плотоядных растениях, загляните в галерею, где представлены самые известные хищники из царства Растений.