Хищные растения на охоте и ловле. Какие растения способны быть хищниками и ловить животных
Растения-хищники. Какие растения можно назвать самыми хищными?
Насчитывается 450 видов таких растений, относящихся к 6 семействам; их можно обнаружить по всему свету в самых разных местах обитания.
РАСТЕНИЯ используют ПЯТЬ различных типов приспособлений для поимки добычи - ловчие листья в форме кувшинчика, захлопывающиеся листья, липучие ловушки, засасывающие ловушки и ловушки типа рачевни.
Недаром называют их растениями-хищниками. Да, все они способны ловить и переваривать добычу. У наиболее известных "хищников" - РОСЯНОК, НЕПЕНТОСОВ и САРРАЦЕНИЙ - основную часть добычи составляют насекомые (отсюда другое название этих растений - насекомоядные) . Другие - ВОДНЫЕ ПУЗЫРЧАТКИ и АЛЬДРОВАНДЫ - ловят чаще всего планктонных ракообразных. Есть и такие "хищные" растения, которые питаются мальками, головастиками или даже жабами и ящерицами.
САМЫМ БОЛЬШИМ ХИЩНЫМ РАСТЕНИЕМ является ГИГАНТСКИЙ НЕПЕНТОС с острова БОРНЕО, широко известного под названием КАЛИМАНТАН, с кувшинчиками высотой 45-50 см и диаметром горлышка до 16 см. В него свободно мог бы пробраться голубь, а мелкие птицы порой и впрямь попадают туда в поисках насекомых или нектара.
Непентесы (кувшиночники) порой называют "охотничьими чашками", поскольку содержащуюся в них жидкость можно пить: сверху в кувшинчике чистая вода. Конечно, где-то внизу находятся непереваренные твердые остатки "обедов" растения. Но при известной осторожности до них не добраться, и практически каждый кувшинчик содержит глоток-другой, а то и много больше воды.
НО ЛИДЕРОМ СРЕДИ РАСТЕНИЙ ПОЖИРАТЕЛЕЙ ПЛОТИ является ЖИРЯНКА, неприметный светло-зеленый, слегка розоватый по краям, мясистый, вдавленный во влажную землю цветок. Насекомые – мухи и крупные слепни – облепляют жирянку и уже никогда не взлетают. Ворсинки-иголочки растения мгновенно прокалывают хитиновый покров, впрыскивают усыпляющие компоненты. Через проводящие каналы иголочек начинается отсос питательных веществ. Проходит несколько суток, прежде чем пиршество завершается, а вскоре дожди отмывают жирянку от остатков хитина. Из серой она вновь превращается в зеленую и кажется насекомым такой гостеприимной!
Поразительный феномен жирянки заключается в том, что насекомые самостоятельно, без принуждения, выбирают те участки листьев, где идет наиболее интенсивное переваривание. Маячком для тварей летающих служат, по-видимому, слабые ультразвуковые вибрации, аналогичные частотам вибрации крыльев насекомых, предназначенных для съедения. Муравьи – любимое лакомство жирянки – путают ее одинокий зов с коллективным зовом муравейника.
otvet.mail.ru
|
Несмотря на странность, а может даже и нелепость сочетания этих двух слов, в них есть доля правды. Всем нам известно, что растения, являясь пищей для животных, не могут охотиться на нас. А их удивительные свойства (усвоение углекислого газа из воздуха, минеральных веществ и воды, использование и накапливание солнечной энергии) являются основой для всей жизни на Земле. Но среди всего разнообразия растений, населяющих нашу планету, можно встретить и паразитов, и полупаразитов, и даже хищников. И это не фантазия, а следствие адаптации к определенным условиям существования и способам питания. Существует около 500 видов насекомоядных растений, охотящихся на насекомых. Среди них можно выделить Непентесы, Цефалотос, Дарлингтонии, Саррацении, Мухоловку, а также Росянки и Пузырчатки, большая часть которых обитает в тропиках. Одних только Непентесов, часто встречающихся в Азии, на Мадагаскаре и Сейшельских островах, в Северной Австралии и Новой Гвинее, известно более 100 видов. Например, Непентесы – Лианы (Nepenthes hurreliana), которые при помощи усиков, обвивают на несколько метров стволы и ветви деревьев. На кончиках их стебельков находятся неприглядные кистевидные соцветия из очень маленьких цветков, а листья растения имеют крупную форму с рельефной жилкой, и кончик с отведенным усиком. Именно эти усы и переплетают деревья, разрастаясь и приобретая форму разноцветных кувшинчиков: красных, матово-белых или бледно-зеленых с багровыми пятнышками. Среди местных жителей кувшинчики получили название – «бунга-бунга». И действительно, они похожи скорее на цветок, чем на лист. Непентесы, в зависимости от своего вида, могут отличаться раскраской, размером и формой своих кувшинчиков. Однако, расположение кувшинчиков всегда вертикальное, а для того, чтобы дождь не попадал внутрь цветка, у каждого растения есть спасительная крышечка-зонтик. Между прочим, именно кувшинчик заманивает животных в своеобразную ловушку. Яркая раскраска и привлекательное благоухание нектара так и манят птиц, насекомых, и даже, мелких животных. Внутри цветка верхняя часть стенки очень скользкая, из-за воскового покрытия. Поэтому, жертва, ничего не подозревая, ползает по краю, собирая сладкий нектар, и не удержавшись, падает вниз, где ее ждут пищеварительные железы растения, погруженные в жидкость, объем которой может достигать 2 литров. В этой жидкости и содержится фермент, помогающий усвоению животной пищи. Не пройдет и десяти часов, как добыча растения-хищника растворится в стенках кувшинчика.
Непентес Лиана (Nepenthes hurreliana), фото Jeremiah Harris
Непентес Раджа (Nepenthes rajah), фото: Nep Grower Постоянная, непрекращающаяся торговля редкими видами растений в нашем мире сейчас только набирает обороты среди коллекционеров подобных экземпляров и любителей разведения экзотики на своих садовых участках. И не смотря на все меры, предпринимаемые странами по охране редких видов растений, сокращение и полное исчезновение некоторых из них происходит постоянно. Непентес – трудно выращиваемое, в искусственных условиях, растение, из-за чего коллекционерам предпочтительнее обзавестись уже взрослыми экземплярами в дикой природе. А между тем, при транспортировке огромная часть растений просто погибает. Знаменит среди коллекционеров-любителей и Непентес Раффлеза (Nepenthes rafflesiana), крупные листья которого усыпаны красными пятнышками. Данное растение распространено на острове Калимантан и полуострове Малакка, а также встречается чисто индийское растение — Непентес Кхаси (Nepenthes khasiana), которое получило свое названия из-за места обитания, на горе Кхаси.
Непентес Рафлеза (Nepenthes rafflesiana), фото: Robert Jong
Среди менее известных экзотических растений – Цефалотус Мешочковый (Cephalotus follicularis), который является единственным представителем цефалотовых. Места распространения этого растения ограничены районами вдоль юго-восточного побережья Западной Австралии. Цефалотус обитает среди густых зарослей осоки и кустарников, особенно он любит окраины торфяников. Это низкорослое растение, листья которого имеют разную форму. Одни плоские, другие в форме кувшинов, с пестрой окраской, за счет которой они становятся похожи на цветы. И эти кувшинчики заманивают насекомых, которые становятся жертвой Цефалотуса. Известно, что Цефалотус выделяет специальное вещество, замедляющее распространение бактерий. За счет полученного от жертв азотного питания, все растения-хищники растут, цветут и плодоносят. Без получения ими необходимой животной пищи, растения погибли бы, так как местом распространения насекомоядных растений являются бедные почвы или вода.
Цефалотус мешочковый (Cephalotus follicularis), фото: Holger Hennern В мировой торговле Цефалотус Мешочковый очень популярен. Продаются, как правило, свежие растения и их корневища. Семена покупают очень редко, так как растение имеет плохую всхожесть и может просто не вырасти. Из-за такой низкой приживаемости семян цефалотуса, нуждаемость в нем среди коллекционеров возрастает с каждым годом. Значительная часть товара поставляется в Америку. Цефалотус входит в список континентальных растений, подлежащих охране.
Дарлингтония калифорнийская (Darlingtonia californica), фото: Noah Elhardt Близкий по родству Дарлингтонии род Саррацения (Sarracenia), семейство которого получила именно такое же название. В роду Саррацении десять видов растений, растущих, преимущественно, в Северной Америке. Реже всего встречается – Саррацения Горолюбивая (Sarracenia oreophila). В настоящее время существует лишь 17 мест обитания этого удивительного вида, общая численность которого составляет, примерно, 800 экземпляров. Особенностями саррацений являются большие яркие цветки на продолговатых цветоножках. Листья в форме кувшина с небольшим отгибом у отверстия расположены вертикально, либо стелятся по земле. Длина листьев зависит от вида растения, и может доходить почти до метра. Также Саррацении отличаются и по цвету. Большая часть из них окрашена в пестрый красно-желто-зеленый цвет, ярче всего выглядит отгиб кувшинчика, как раз он то и является входом в ловушку и становится заметен издалека. На кувшинчатом листе с внутренней стороны находятся многочисленные железки, вырабатывающие нектар, и жесткие ворсинки. Излишки нектара собираются на краю отгиба, и насекомое легко соскальзывает в центр ловушки. На донышке цветка Саррацений постоянно развиваются бактерии, вырабатывающие ферменты, помогающие пищеварению. Поэтому, все насекомые, попавшие в ловушку, там быстро перевариваются. Саррацении известны тем, что их с давних времен культивируют для продажи. Сажают, как правило, уже взрослые экземпляры, поэтому численность этого вида растений неизбежно сокращается на нашей планете. Желтая мухоловка (Sarracenia flava), фото: Kurt Stueber
Саррацения пурпурная (Sarracenia purpurea), фото: Kurt Stueber У всех вышеперечисленных растений-хищников есть одна общая особенность – ловушка в форме кувшинчика. Но существуют и другие интересные формы, и способы заманивания насекомых. Например, листья Венериной Мухоловки (Dionaea muscipula) имеют крылатый черешок с двухлопастной пластиночкой, края которой имеют длинные зубцы, а в центре лопастей располагаются восприимчивые к раздражителям щетинки. Стоит насекомому, почуяв запах нектара, прикоснуться лапками к щетинкам, как лопасти затворяются, а зубцы смыкаются, жертва попадает в ловушку, из которой уже не выбраться. Когда насекомое полностью переварено, цветок вновь раскрывает ловушку для очередной жертвы. Так происходит несколько раз, а затем происходит смена листа на новый. Венерину Мухоловку можно встретить на побережье атлантического океана в Северной Америке и в штатах Северной и Южной Каролины, где распространены торфяники и болота. В сосновых лесах растение встречается наряду с другими подобными растениями-ловушками: Жирянкой, Росянками и Саррацениями. Остановимся на Росянке (Drosera), о которой мы еще не рассказывали. Венерина мухоловка (Dionaea muscipula), фото: Noah Elhardt Самое интересное, что это растение можно встретить у нас, в России. Росянка предпочитает моховые болота, на которых растет любимая нами клюква. Росянка – низкорослое растение, длина которого около 10 сантиметров, листья округленные, покрытые пурпурными ворсинками. На кончике каждой ворсинки находится утолщение в форме головки обычной булавки, где скапливается прозрачная жидкость. Когда насекомое садится на Росянку, именно эта жидкость удерживает его, и жертва остается приклеенной к листу. Все попытки выбраться из ловушки, оказываются бесполезными, и лишь ухудшают положение жертвы. Пластинка листа смыкается и раскрывается только на третий день, а на листе останутся лежать только хрупкие неперевариваемые останки насекомого. Росянка капская (Drosera capensis), фото: I, Luc Viatour
Елена Соболеваспециально для Natureworld.ru |
natureworld.ru
Какие растения способны быть хищниками и ловить животных
Лесные звери фото, описание
Лесные звери: фото, описание
Лесные звери у нас всегда ассоциируются с хищниками. Одним из их представителей является волк. В нашей стране их обитает огромное количество. Издавна с волками люди ведут активную борьбу, поскольку те наносят значительный урон домашнему хозяйству.
Распространено мнение, что волк – это лесной зверь. Однако это не совсем так. Их много живет и в тундре, лесостепях и степях. Они больше предпочитают открытые пространства. А в леса их вынуждает уходить человек, ведя активную борьбу с ними.
Внешне волк похож на большую крупную собаку. Он имеет мощное телосложение. Длина его тела достигает до 1,5 метра. Масса колеблется от 30 и до 45 килограмм. Самки, как правило, меньше самцов.
У волков сильные и выносливые лапы. Они являются бегунами на большие дистанции. Вообще это высокоорганизованное животное и к тому же очень умное. Глядя друг на друга, волки обмениваются информацией.
У этого зверя прекрасно развит слух, отличное обоняние и зрение. Всю информацию об окружающем мире волк получает благодаря обонянию. Он способен различать следы лесных зверей по запаху через много часов после того, как они их оставили. Вообще нам сложно представить то многообразие запахов, которое способен различать волк.
Повадки волков
Волки очень сильные и выносливые звери. Они развивают скорость в погоне за добычей до 60 километров. А в броске эта величина возрастает до 80.
Летом волки обитают парами и воспитывают свое потомство строго на своей территории. К зиме молодые особи вместе со старшими собираются в группы и ведут бродячий образ жизни. Волки, как и все лесные звери, зимой меняют свой образ жизни.
Обычно стая состоит из десяти волков, которые являются представителями одной семьи. Иногда несколько стай могут объединиться в одну более крупную. Такое возможно в суровую снежную пору или при наличии очень крупной добычи.
Чем питаются волки?
Поскольку волк — это хищник, то мясо — основа его рациона. Хотя иногда животное может попробовать и растительную пищу. Охотится волк абсолютно на любого зверя, который будет ему под силу. Если ему достаточно дичи, то он не настанет заглядывать в селения людей. Волки весьма разумны и понимают всю степень риска.
В лесу это животное охотится практически за всеми обитателями, начиная от лося и заканчивая бурундуком и полевкой. Конечно, излюбленной его добычей, в зависимости от места обитания, является изюбр, северный олень, косуля. Однако волк не побрезгует и лисой, енотом, крысой, хорьком, поросенком, зайцем. Охотничьи повадки волков разнообразны. Они могут поджидать свою добычу в засаде, а могут долгое время загонять ее. А уж их коллективная охота — это вообще сложный слаженный механизм, где все друг друга понимают без слов.
Очень расчетливо они стаей загоняют добычу в воду. Волк – это крупный хищник, но он умеет ловить рыбку, лягушек, мышек, а также любит разорять птичьи гнезда.
Но не всегда только лесные звери и птицы становятся добычей хищника. В населенных районах дичи не хватает, а потому в суровые зимние месяцы, когда становится очень сложно выживать, волки держатся ближе к селам и начинают разбойничать. Их добычей могут стать овца, собака, свинья, лошадь, корова, гусь. В общем, любая живность, до которой хищник сможет только добраться. Даже одна особь способна нанести большой урон за одну ночь.
Лиса
Лесные звери для детей – это, скорее, сказочные персонажи. А лисица — это вообще героиня многих детских сказок. Однако, как сказочная особа, она наделена теми чертами, которые ей присущи в реальной жизни. Лиса и красива, и хитра. У нее длинный пушистый хвост и хитрая узкая мордочка, маленькие глазки. Эта хищница действительно стройна и изящна, по размерам она соизмерима с небольшой собакой. Весит от шести до десяти килограмм.
Мы привыкли к тому, что с детства называем лису рыжей. И это справедливо. Вот только в жизни у нее белое брюшко или сероватое. Спинка и бока окрашены по-разному: от светло-серого цвета до ярко-рыжего. Как правило, яркий окрас имеют северные лисы. А более блеклый — те, что обитают в лесостепи. Самым красивым и дорогим считается мех чернобурки. Таких лис уже давно разводят на специальных фермах, поскольку в живой природе они встречаются крайне редко. А у людей их мех за красоту пользуется особой популярностью.
Летом животное выглядит немного несуразно из-за того, что шерсть в этот период становится короткой и жесткой. А вот к осени у лисы отрастает красивая зимняя шуба. Линяет хищница всего один раз в году — весной.
Повадки хитрой лисы
Встречается лиса не только в лесу, но и в тундре, горах, степях, на болотах, и даже у человеческого жилья. Она замечательно умеет приспособиться к любым условиям, но все-таки любит более открытые пространства. Глухая тайга ей не по душе.
В жизни, как и в сказках, лиса очень быстрая и ловкая. Бегает она очень даже резво, с легкостью ловит пролетающий мимо насекомых. Как правило, передвигается она неспешной рысцой. Периодически останавливается, оглядывается, осматривается. Лиса очень осторожна. Когда она подкрадывается к добыче, то ползет тихонько на брюхе, почти сливаясь с землей. А вот убегает от преследования большими и резкими прыжками, умело путая следы.
В лисьем поведении можно увидеть прямо-таки сказочные эпизоды. Люди их неспроста придумали. Все сюжеты взяты из реальной жизни. Лисы действительно хитрые хищницы, которые с умом подходят к охоте. Они, скорее, берут добычу не силой, а обольщением. Ни одно другое животное не называют по отчеству. А лису зовут Патрикеевной. Почему?
Когда-то давно был такой князь, по имени Патрикей. Он прославился своей хитростью и изворотливостью. С тех самых пор само имя Патрикей ассоциируется с хитрецами. Лиса издавна в народе слыла плутовкой, потому ее и окрестили Патрикеевной.
На кого охотятся лисы?
Лисы — это очень активные животные. Зимой ее запутанные следы хорошо видны на снегу. Сразу видно, где охотилась плутовка. Принято считать, что лисы питаются зайцами. Но это большое заблуждение. Она не способна догнать такую быструю добычу. Конечно, если она где-то наткнется на беззащитных зайчат, то непременно воспользуется случаем. А потому зайцы — очень редкое блюдо в ее рационе. Ей просто за ними не угнаться.
Лисы питаются различными насекомыми, птицами и животными. Но основой их меню являются грызуны. Хищницы замечательно истребляют полевок. Кроме того, они умеют ловить рыбу на мелководье. Иногда животные лакомятся ягодами.
Зайцы
Лесная жизнь зверей очень интересна для изучения. Все представители животного мира очень разные, одни убегают, другие охотятся. Ранее мы рассмотрели некоторых хищников. А теперь поговорим о самом ярком представителе лесов. Конечно же, о зайце.
Зайцы, как и в сказках, длинноухие, с короткими хвостиками. Задние лапки у них намного длиннее и мощнее передних. Зимой на снегу хорошо видно, что отпечатки задних лап опережают передние. Вызвано это тем, что они во время бега заносят их вперед.
Питаются эти звери той пищей, которая совершенно не привлекает других, например, корой, молодыми побегами и ветками, травой.
Про лесных зверей написано немало сказок, но излюбленным героем всегда был заяц. Он и в жизни, уходя от погони, хитрит и старается запутать следы, скачет то в одну сторону, то в другую, как и в детских историях. Он способен бежать со скоростью 50 километров в час. Не каждый хищник угонится за такой быстрой добычей. Вообще в арсенале у зайцев есть много способов уйти от преследования. Вот такие хитрые эти лесные обитатели. Звери умеют и убегать, и защищаться, и в каждом случае они применяют наиболее оптимальную тактику — настолько у них развито чутье.
Но не столько спасает зайцев их хитрость, как они берут своим количеством. Ежегодно у них по четыре-пять пометов. В каждом из которых может быть от двух и до пяти зайчат.
Наиболее известны зайцы русаки и беляки. Они весят до семи с половиной килограмм и в длину достигают 70 сантиметров. Основным их отличием является цвет шерстки. Русаки зимой не меняют своей окраски. А вот летом эти разновидности отличить гораздо сложнее.
Вообще зайцам свойственна оседлая жизнь. Конечно, они скачут по полям и лугам, отходя на достаточно большие расстояния. Но потом они возвращаются на свою территорию обитания. Очень редко они могут мигрировать. Это случается только в особо холодные и снежные зимы.
Кто еще живет в лесу?
Мы перечислили только наиболее известных животных, поскольку в рамках статьи сложно уделить внимание всем лесным жителям. Их на самом деле очень много: кабаны, барсуки, ежи, кроты, мыши, белки, бурундуки, соболи, куницы, еноты, олени, косули, рыси… Как говорится, от мала до велика. Все они очень разные и интересные. Кроме того, было бы несправедливо не упомянуть и о пернатых, которых тоже достаточно много обитает в наших лесах.
Лесные птицы
Разнообразны не только лесные звери, фото некоторых из которых приведены в статье, но и птицы. Мир крылатых не менее интересен. Их обитает в лесах огромное количество видов. Здесь можно встретить: дятлов, жаворонков, зарянок, иволгу, клеста, соловья, овсянку, сороку, утку, трясогузку, стрижа и многих других.
Источник: Fb. ru
bestgardener.info
Хищные растения на охоте и ловле
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. Скорость 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. Длинные 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.
elementy.ru
