Сообщение на тему хищные растения: Хищные растения на охоте и ловле

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.

Проект «Растения-хищники» | Творческие проекты и работы учащихся

Автор: 

Лымарева Олеся Владимировна

Руководитель: 

Лысенко Игорь Валерьевич

Учреждение: 

МОУ«Средняя школа с углубленным изучением отдельных предметов №6 Центрального района Волгограда»

В учебном исследовательском проекте по биологии на тему «Растения-хищники» автор выявил особенности строения и разновидности хищных растений, описал правила их содержания в домашних условиях и сам вырастил хищное растение.

Подробнее о проекте:

Материалы индивидуальной исследовательской работы по биологии на тему «Растения-хищники» могут использоваться на уроках биологии, классных часах, внеклассных мероприятиях и в повседневной жизни. В процессе работы над проектом учащаяся школы изучила литературу о различных видах «насекомоядных» растений, систематизировала теоретический материал, выяснила особенности их строения и разновидности, выявила причины, по которым растения превратились в хищников.

В учебном творческом исследовательском проекте о выращивании хищного растения автор провела практический опыт, в рамках которого вырастила «венерину мухоловку» в домашних условиях, изготовила наглядный материал на тему «хищные растения», создала макет хищного растения. В работе доказано, что хищные растения могут быть полезны для человека. Автор проекта привела примеры использования растений-хищников медицине.

Оглавление

Введение
1. Хищные растения.
1.1. Общие и исторические сведения о растениях–хищниках.
1.2. Распространение и условия произрастания.
1.3. Причины хищничества и приспособленность к охоте.
1.4. Особенности строения и жизнедеятельности разных видов.
1.5. Использование в медицине.
2. Выращивание растений-хищников.
2.1. Выращивание хищных растений в домашних условиях (на примере венериной мухоловки).
2.2. Создание макета хищного растения.
2.3. Изготовление наглядного материала «Растения-хищники».
Заключение
Список литературы

Введение

Царство растений поражает своим величием и многообразием. Все растения отличаются размерами, окраской, формами, средой обитания и т.д. Большая часть организмов — это автотрофы, которые синтезируют свою пищу с помощью солнечной энергии, но есть и растения-гетеротрофы и очень мало видов, являющихся как автотрофами, так и гетеротрофами.

Таким образом, растения, которые дополняют своё нормальное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного питания стали называть насекомоядными или растения — хищники. Природа не устает нас удивлять своими загадками и сюрпризами. И в этой сфере хищные растения стали истинным воплощением таинственности и неопознанности дикой природы. Они покоряют нас своей изобретательностью, великолепной приспособляемостью к окружающему миру и просто своей красотой.

Актуальность: Хищные растения – это новая тема, набирающая популярность с каждым годом. Актуальность исследования заключается в том, что в настоящее время данная группа растений еще недостаточно изучена. Возможно, насекомоядные растения могут приносить пользу человеку и его хозяйству. Многие люди привыкли считать растения неподвижными, скучными и неинтересными. Поэтому расширить кругозор и узнать их особенности будет также актуально.

Тема: Темой моей работы стало изучение строения и жизнедеятельности растений-хищников. Для изучения этой темы я поставила перед собой цель:

Цель: Выявить особенности строения и разновидности хищных растений, а также их содержание в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить литературу о различных видах «насекомоядных» растениях;
2. Систематизировать теоретический материал;
3. Выяснить особенности их строения и разновидности;
4. Выявить причины, по которым растения превратились в хищников;
5. Вырастить венерину мухоловку в домашних условиях;
6. Изготовить наглядный материал «хищные растения»;
7. Создать макет хищного растения.

Объект исследования: хищные растения.

Методы:

1. Анализ и синтез научной литературы и интернет источников;
2. Сравнительный метод;
3. Эксперимент;
4. Наблюдение;
5. Обобщение и систематизация

Планируемый результат: Планируемым результатом будет иллюстрирование растений-хищников в виде наглядных материалов, макет хищного растения.

Практическая значимость: Практическая значимость моей работы состоит в том, что она может быть использована школьниками для повышения образовательного уровня. А также, сформирует бережное отношение к растениям- хищникам.

Общие и исторические сведения о растениях хищниках

Хищных растений (насекомоядные растения и плотоядные растения) насчитывается около 600 видов из 19 семейств. Насекомоядные растения — это зеленые растения, хотя часто кожица листьев или волоски у них бывают окрашены в другие яркие цвета. Но, всё равно, и в листьях и в стеблях у них всегда есть могущественные зеленые «хлорофилловые» зёрнышки, которые с помощью солнечных лучей перерабатывают частицы углекислого газа и воды в сахар и крахмал.

Эти живые организмы, также, получают часть или большинство полезных веществ (но не энергии) от захвата и потребления животных или простейших.Растения-хищники стали известны в XVIII столетии. Самое первое ботаническое описание венериной мухоловки сделал английский натуралист Джон Эллис в письме к Карлу Линнею в 1769 году. В нем он впервые высказал предположение, что пойманные насекомые служат пищей для растений.

Немецкий врач А. В. Рот в 1782 году описал своеобразные движения, которые совершают листья росянки для ловли насекомых. Он развил мысль Эллиса, что пойманные беспозвоночные — это источник пищи для таких растений. В 1791 году Уильям Бартрам в книге о своих путешествиях по штатам Северной Америки описал растения рода Sarracenia, имевшие листья-кувшинчики для ловли насекомых. Он впервые употребил понятие «плотоядные растения».

Уже в начале XIX века были описаны новые роды и виды, относящиеся к данной группе растений. После появились работы, посвящённые глубокому изучению особенностей подобных растений. Так, Оже де Ляссю описал чувствительность к прикосновениям и движения листьев растений рода Альдрованда, а Уильям Кэнби впервые указал на пищеварительные свойства сока, выделяемого железами на листьях венериной мухоловки.

Большое значение в изучении насекомоядных растений стала исследовательская работа Чарльза Дарвина, которая началась в 1860 году. Он долгое время наблюдал за росянками и поставил ряд лабораторных опытов, переросших в исследование. Особое внимание Чарльз Дарвин уделял изучению способности растений переваривать пищу, их хватательным движениям и высокой чувствительности к прикосновениям (свойства, схожие с животными).

Впоследствии эти опыты стали серьёзной научной работой. Чарльз Дарвин написал свой труд «Насекомоядные растения

Распространение и условия произрастания

Насекомоядные — преимущественно многолетние травянистые растения. Известно, что они эволюционировали в пяти различных группах цветковых растений. Встречаются во всех экосистемах, где могут произрастать цветковые растения — от Арктики до тропиков и от уровня моря до альпийского пояса гор.

Они известны на всех обитаемых континентах, но с преимущественным распространением в областях с тёплым, умеренным и тропическим климатом.Плотоядные представители флоры адаптированы для роста в местах с тонким слоем плодородной почвы или малым количеством азота, таких как кислые болота и выходы горных пород.

Причина хищничества растений и приспособленность к охоте

Хищничество – форма взаимоотношений, при которой организм одного вида использует представителей другого вида в качестве источника пищи однократно (убивая их). Хищничество широко распространено в природе, особенно в царстве животных, реже растений. Растения-хищники живут на болотах, в стоячих водах, тропических лесах, и в местах с повышенной влажностью.

А постоянная повышенная влажность приводит к тому, что почва становится кислой. Поэтому рацион болотных растений крайне беден минеральными веществами, и они испытывают острый недостаток азота и фосфора. У растений нарушается обмен веществ, ослабевает синтез белка, и они плохо развиваются. Растения-хищники научились получать недостающее питание вне почвы. Каждый из них приспособился по-своему получать его для лучшего синтеза собственного белка, а значит, для развития и выживания.

Их эволюция длилась долгие годы и привела к необычным возможностям зеленых хищников. Все хищные растения ловят свою добычу с помощью видоизмененных листьев-ловушек, приманивая своих жертв яркой окраской, ароматом, сладкими выделениями. Жертвы, привлеченные яркой окраской и ароматным нектаром, садятся на растение, которое вырабатывает ферменты, растворяющие насекомых. Однако следует учесть, что способ добывания пищи не привязывается к определенному семейству.

Учёные разделяют зелёных хищников на три группы:

• Хватающие растения. Охотники действуют активно, хватают жертву без промедлений (венерина мухоловка).
• Приклеивающие.Группа хищников, которая приклеивают свою добычу (росянка, росолист, библис гигантский).
• Просто ждущие. Это пассивные хищники. Они ждут, пока добыча сама заберётся в ловушку (саррацения, непентес, дарлингтония, альдрованда).

У растений-хищников обнаружено пять основных механизмов ловли добычи:

1. Емкости в форме кувшина — захватывают добычу при помощи свернутого листа, содержащий смесь пищеварительных ферментов.
2. Ловушки в виде листьев, покрытых липкой слизью.
3. Быстро схлопывающиеся листья.
4. Улавливатели в виде вакуумного пузыря, который засасывает жертву.
5. Капканы, в виде крабовой клешни, которые вынуждают жертву двигаться к пищеварительному органу с волосками, направленными внутрь.

Особенности строения и жизнедеятельности разных видов

Венерина мухоловка

Вид хищных растений из рода Дионея семейства Росянковые, считается одним из самых экзотических растений. Листья размером от трёх до семи сантиметров, длинные листья-ловушки обычно формируются после цветения. По краям листа — тонкие, слегка загнутые зубцы . Их количество достигает 16-20 штук на каждой половинке. Листья мухоловки сидят на широких длинных черешках и собраны у поверхности земли звёздочкой. Листья венериной мухоловки представляют собой «живые капканы».

Цветет растение в мае или июне. На высоком цветоносе начинают расти соцветия, состоящие из маленьких белых цветков. Продолжается цветение в течении нескольких недель.

В основной рацион растения входят более крупные насекомые: жуки, мухи, муравьи и пауки . Был зафиксирован случай нахождения в ловушке мухоловки сколопендры. Переваривает растение пищу 5-14 дней, после капкан снова раскрывается. В основном длительность переваривания зависит от температуры воздуха, а так же от размеров пойманного насекомого и от возраста ловушки. Капкан чернеет и отмирает после поимки двух или трех жертв (в редких случаях их количество достигает пяти-семи).

Одной из особенностей мухоловки является, то что она не произрастает нигде, кроме небольшого уголка прибрежной равнины Северной Америки. Осенью растение-хищник готовится к спячке, и до наступления весны не требует ни питания, ни особого освещения.

Дарлингтония

Это единственный представитель рода дарлингтония, так же известная как «змеиная голова» или «растение-кобра», который растет на сырых болотистых лужайках и родниках с холодной проточной водой штата Калифорниии и Оригона, считается редким растением.

Листья дарлингтонии имеют луковичную форму с двумя острыми листами, которые свисают как клыки и могут достигать высоты до одного метра, причем внутри они полые. В верхней части листа выделяется мёд привлекающий насекомых. 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.

Непентес

Существует около 130 видов этих растений, которые широко распространены 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.

По своей яркой — то огненно-красной, то матово-белой, то зелёной с пурпурными пятнами — окраске они напоминают гигантские цветы. Величина их доходит до полуметра в высоту и до двенадцати сантиметров в ширину. Над каждым кувшином виднеется кончик листа в виде крышечки или зонтика, с розовыми и синими жилками.

Кувшин до половины наполнен жидкостью, которая содержит пищеварительный сок. Сок довольно быстро растворяет насекомых. Уже через 5-8 часов добыча полностью переварена. Непентес тоже имеет свою особенность: острые шипы направлены внутрь кувшина, так что у жертвы нет ни малейшего шанса выбраться. Непентесы ловят много насекомых и других мелких животных. Ингода их накапливается чуть ли не до половины кувшина.

Некоторые плети непентеса стелются по земле и тогда кувшины на них, скрытые в траве, превращаются в настоящие «ловчие» ямы. Их жертвами становятся ползающие насекомые. 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.

Росянка

Росянкаимеет приблизительно 194 вида. Она 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. Вся верхняя сторона и края каждого листа росянки усажены еле заметными красными волосками-ресничками. Прозрачные капельки на конце каждого волоска- густая, липкая, тягучая слизь.

Садясь на растение , насекомое задевает соседние липкие капли. Реснички растения изгибаются навстречу добыче и полностью обволакивают ее слизью. Вскоре край листа медленно загибается и покрывает свою мертвую жертву, которая уже начинает перевариваться. Слизь растения содержит вещества, напоминающие желудочный сок.

Через несколько дней лист снова раскрывается и ветер сдувает с него жесткие остатки насекомого.

У росянок, которые произрастают в Австралии, длинные реснички, окружающие вход к центру листа, торчат в разные стороны, что делает их похожими на гидр. Это особенность дает росянкам быстро реагировать на любое, даже слабое прикосновение.

Жирянка

Существует около 80 видов этих растений в Северной и Южной Америке, Европе и Азии. Растение напоминает фиалку своим внешним обликом и темно-синими цветками. Продолговатые ярко-зеленые, глянцевые, крупные листья жирянки собраны в розетку. Ловчим аппаратом жирянки является ее лист, края которого чуть загнуты.

На поверхности листа разбросаны железки двух типов- одни длинные , другие короткие ,по форме напоминающие булавочные головки. Питается жирянка в основном мелкими ползающими насекомыми. Принцип охоты схож с росянкой : при попадании на лист насекомое оказывается внутри свернувшегося в трубочку листа, покрытого слизью. Через сутки лист жирянки снова разворачивается, а остатки пищи сдуваются ветром.

Стилидиум

До сих пор ученые не могут понять, являются ли растения рода Стилидиум истинно плотоядными, или же это механизм самозащиты от надоедливых насекомых. У некоторых видов имеются липкие волоски, 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, ученым необходимо провести дальнейшие исследования.

Использование в медицине

Некоторые растения-хищники используются в медицине.

Например, росянка старым авторам была неизвестна, поскольку не использовалась в Греции, и врачи средневековья могли опираться лишь на собственный опыт. Согласно устным преданиям, первым, кто занялся этим лекарственным растением, был Арнольдус де Вилланова из Барселон, но его сведения не могли распространиться в письменном виде, так как все его труды были уничтожены инквизицией.

Лишь с нового времени — XVIII и XIX столетия, применение росянки при кашле одобряется врачами и народная медицина усердно употребляет это растение. Современные исследования подтвердили положительное действие растения-хищника при кашле. И если официальная медицина применяет почти исключительно галеновые препараты, в народной медицине часто употребляют чай из высушенной травы.

В настоящее время росянка применяется в виде настойки или жидкого экстракта и входит в состав многих лекарственных препаратов от кашля. Гомеопатическое средство Drosera прописывают обычно при коклюшном кашле. При коклюше, как полагают некоторые гомеопаты, эффективнее более высокие разведения . Пробовать это необходимо после консультаций врача.

Помимо этого, есть свидетельства, что эти препараты облегчают тяжелые приступы астмы. Препараты из этого лекарственного растения полезны и рекомендуются даже при туберкулезе легких.

Выращивание хищных растений в домашних условиях (на примере венериной мухоловки)

Для исследования растений-хищников, я купила венерину мухоловку и проделала несколько опытов. В центр капканов помещала, мух, дождевого червя и золотистую бронзовку, затем наблюдала за поведением растения.

Опыт 1

Для начала я попробовала закрыть капкан мухоловки без еды, спровоцировав чувствительные волоски пинцетом. Так как жертвы в капкане не оказалось, мухоловка раскрылась на следующие сутки.

Опыт 2

В один капкан я решила поместить живую муху, в другой мертвую. В случае с живой мухой капкан моментально захлопнулся и благополучно переварил насекомое в течении 6 дней , после ловушка раскрылась с останками высохшей хитиновой оболочки. С мертвой мухой дела обстояли иначе: капкан не реагировал на мертвую пищу. Как вывод еда, которой нужно кормить венерину мухоловку, должна быть живой — только так выделяются необходимые пищеварительные соки.

Опыт 3

Я решила попробовать накормить мухоловку дождевым червем. В течении 8-10 дней капкан начал гнить, из-за чего мне пришлось его удалить. Как показал данный опыт Венерину мухоловку не следует кормить дождевыми червями, что содержат в себе слишком много жидкости — это опасно для растения. Опыт 4. Для следующего эксперимента я поймала золотистую бронзовку. Жук оказался крупным для ловушки и с легкостью выбрался из капкана повредив многие зубчики. Следовательно насекомое должно быть меньше самого капкана и не слишком твёрдой оболочкой, иначе ловушка будет повреждена.

Выводы:

• Питаясь насекомыми, венерина мухоловка восполняет дефицит питательных веществ, которыми очень бедна почва, на которой она обитает.
• Растение нельзя кормить дождевыми червями и насекомыми с твердым панцирем — это может привести к повреждению ловушек или смерти растения.
• Могут возникнуть сложности с живой едой для мухоловки, ведь обычно в квартирах нет мух, пауков и прочих насекомых. Поэтому их придется ловить на улице или даче.
• Не следует ловить крупных насекомых. Жертва должна полностью помещаться в ловушке растения. Если часть насекомого останется снаружи, то могут возникнуть проблемы с перевариванием, что приведет к гибели растения.
• Так же, нежелательно захлопывание ловушки без пищи, она может перестать функционировать.

Заключение

В своем исследовании я систематизировала теоретический материал о различных видах насекомоядных растений, выяснила их разновидности и особенности строения.

В ходе работы было выявлено какие механизмы используют растения-хищники для охоты, чтобы восполнить недостающие питательные вещества, такие как соли азота и фосфор.

В опытах на примере венериной мухоловки я узнала о трудностях выращивания венериной мухоловки в домашних условиях.

Изготовила наглядный материал для школьников и макет хищного растения.

Задачи, поставленные мною, были выполнены. Растения-хищники являются самыми удивительными и загадочными растениями на Земле. Их нужно беречь. Многие из них уже находятся под охраной людей.

Список литературы

1. Александрова В. «Растения-хищники» издательство «Детская литература». -Ленинград 1972г.
2. Власова З.А. Биология. Справочник школьника. — М. «Ключ-С», 1995.
3. Детская энциклопедия «Жизнь природы» М. :Росмен. 1994. с. 39
4. Денисова Г.А. «Удивительный мир растений»: Пособие для учащихся.-2-е изд.-М.: Просвещение, 1981.
5. «Юный натуралист», журнал 1976 г., №5

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Плотоядные растения Пример бесплатного сочинения

Плотоядные растения В мире, где растения находятся в самом низу пищевой цепи, некоторые отдельные виды растений эволюционировали таким образом, чтобы изменить порядок, который мы ожидаем найти в природе. Эти насекомоядные растения, как их иногда называют, скорее хищники, чем пассивная добыча. Такие приспособления, как пахучие приманки и ловушки, позволили этим фотосинтезаторам захватывать, химически разрушать и переваривать добычу насекомых (а в некоторых случаях даже мелких животных)9.0003

Не используйте плагиат. Получите индивидуальное эссе на тему

«Плотоядные растения»

НОВИНКА! смарт-сопоставление с писателем

) Впрочем, бояться их не стоит. Большинство из них — травянистые многолетники, обычно всего от 4 до 6 дюймов в высоту, и совсем не похожи на растения из «Маленького магазина ужасов». Почти все плотоядные растения имеют в основном схожую экологию, и часто можно обнаружить несколько различных видов, растущих почти бок о бок. Их чаще всего можно найти на болотах, трясинах, влажных верещатниках и илистых или песчаных берегах. Единственным исключением является Drosophyllum lusitanicum из Португалии и Марокко, он растет на сухих гравийных холмах.

Как и другие зеленые растения, плотоядные растения содержат органический пигмент хлорофилл. Этот пигмент помогает опосредовать химический процесс, называемый фотосинтезом. Это преобразует световую энергию в энергию химической связи углеводов, которая используется в качестве клеточной энергии, роста и развития растений. Вода, углекислый газ, питательные вещества и минералы также необходимы для выживания. На водно-болотных угодьях, где стоячая вода содержит кислые соединения и химические вещества из разлагающихся органических веществ, многие растения с трудом получают необходимые питательные вещества. Именно в этих бедных питательными веществами условиях некоторые растения развили различные способы получения питательных веществ.

Способность хищных растений переваривать богатый азотом животный белок позволяет этим растениям выживать в несколько враждебной среде. Эволюция плотоядных растений является спекулятивной из-за скудости летописи окаменелостей. Считается, что плотоядные растения, возможно, произошли миллионы лет назад от растений, листья которых образовывали углубления, в которых задерживалась дождевая вода. Мелкие насекомые иногда падали в эти водоемы и тонули, в конечном итоге разлагаясь бактериями в воде. Питательные вещества от насекомых будут поглощаться листом. Чем глубже углубление листьев, тем больше насекомых может утонуть. Это создало бы явное преимущество в выживании, позволив некоторым растениям лучше конкурировать в бедной питательными веществами почве. Со временем у этих растений разовьются более эффективные механизмы ловушки. Известно более 500 видов плотоядных растений, хотя некоторые из них уже вымерли. Классификация проводится с использованием стандартной биномальной системы и основана в первую очередь на цветочных характеристиках растений, а не на механизмах улавливания. Они делятся на две группы по строению венчика; Хорипетальные и симпетальные. Группа растений, отнесенных к категории плотоядных, принадлежит к семи семействам, которые обозначаются суффиксом «aceae», и пятнадцати родам. Более половины видов принадлежат к семейству Lentibulariacene, для которого характерны двусторонне-симметричные цветки со сросшимися лепестками. Остальные виды принадлежат к шести семействам, отмеченным радиально-симметричными цветками с отдельными лепестками. Классификация проиллюстрирована в таблице ниже в дополнение к географическому ареалу, количеству видов и типу ловушки. Количество Семейство Виды рода Географическое распространение Тип ловушки Byblidaceae Byblis 2 Австралия Пассивная липучка Cephalotaceae Cephalotus 1 S.W. Австралия Пассивная ловушка Dioncophyllaceae Triphyophyllum 1 Западная Африка Пассивная липучка Droseraceae Aldrovanda 1 Европа, Азия, Африка, Австралия Активная Dionaea 1 Северная и Южная Каролина Активная сталь Семейство Род # видов Географическое распространение Тип ловушки Drosera 120 Вездесущая пассивная липучка Drosophyllum 1 Марокко, Португалия, Испания Пассивная липучка Nepenthaceae Nepenthes 71 Ост-Индия Пассивная ловушка Sarraceniaceae Darlingtonia 1 Калифорния и Орегон, пассивная ловушка Западная Канада Heliamphora 6 Северная и Южная Америка Пассивная ловушка Sarracenia 9Северная Америка Пассивная ловушка Lentibulariaceae Genlisea 14 Тропическая Африка и пассивный омар Южная Америка, Мадагаскар Pinguicula 50 Северное полушарие и пассивная ловушка Южная Америка Polypompholyx 2 Австралия Активная мышеловка Ultricularia 300 Вездесущая активная мышеловка На приведенной выше диаграмме видно, что существует большое количество различных типов ловушек. Модифицированные ловушки для листьев плотоядных растений можно разделить на активные и пассивные. Активная ловушка — это та, которая использует быстрое движение как неотъемлемую часть механизма захвата, пассивная ловушка не использует быстрое движение. Активные ловушки относятся к категории «стальных» или «мышеловок». Ловушки активного стального типа обычно состоят из двух прямоугольных лепестков, шарнирно закрепленных с одной стороны. Две доли быстро движутся навстречу друг другу, чтобы поймать добычу при стимуляции. Активные мышеловки представляют собой всасывающие ловушки, в которых используются яйцевидные листья или пузыри с отверстием с дверцей на одной стороне. При прикосновении к спусковым крючкам на дверце лист сбрасывает давление и засасывает добычу в ловушку. У водных видов рода Utricularia это самая сложная и быстродействующая ловушка; добыча засасывается мочевым пузырем за 1/30 секунды. Есть три типа пассивных ловушек; «ловушки-ловушки», «ловушки для лобстеров» и «ловушки для мух». Не совсем пассивные, ловушки для лобстеров используют медленно движущиеся щупальца, которые питаются за счет роста клеток. Эти растения заманивают добычу в свою ловушку, используя два мохнатых спиральных рукава, чтобы направлять добычу. Многие растения захватывают добычу, образуя умные контейнеры, в которые существа входят, но из которых не могут выбраться. Пассивные ловушки-ловушки, такие как ловушки, используемые жирянками (род Pinguicula) и растениями-кувшинками (Darlingtonia, Sarraceniaceae и Nepenthes), пытаются заманить насекомых в свой полый сосуд цилиндрической формы и в его желудок, который часто называют кувшин. Насекомые застревают в пищеварительных ферментах кувшина и погибают. Ловушки на бумагу для мух, такие как росянка (Drosophyllum; Drosera), выделяют липкую слизь, покрывающую верхнюю поверхность листьев. Насекомые погрязают в этом, а листья затем сгибаются или сворачиваются, чтобы заключить добычу для переваривания. В мире плотоядных растений есть несколько поистине удивительных растений. Из всех сотен видов Dionaea muscipula ловушка для венериных мух, пожалуй, самая драматичная. Это единственный вид в своем роде, и нет других растений, похожих на него. Его шарнирные листовые доли способны захлопнуть добычу менее чем за полсекунды, в конечном итоге раздавив насекомое. Как и многие плотоядные растения, ловушка для венериных мух заманивает добычу бататом, в данном случае запахом нектара. Когда насекомое попадает в одну из причудливых ловушек, оно может согнуть один из трех жестких триггерных волосков в центре листа. При сгибании несколько раз подряд эти волоски активируют ловушку. У растения нет мышечной ткани, вместо этого процесс закрытия включает электрические сигналы и изменения давления воды. В книге «Природа жизни» кратко описан процесс закрывания ловушки для венериных мух после срабатывания: триггерные клетки в основании волоса деформируются, как будто их нажимает рычаг. Стимулируемые стрессом триггерные клетки генерируют электрический сигнал, который передается от клетки к клетке через лист. Специализированные моторные клетки получают сигнал, меняют форму и заставляют ловушку закрываться. Для переваривания требуется около десяти дней, после чего лист снова медленно раскрывается, обнажая только остатки неперевариваемого хитина. Ловушка, а не само растение, чернеет и погибает, когда растение пытается переварить жиры или, в конце концов, после трех-четырех поимок. Самые крупные плотоядные растения принадлежат к роду Непентес. Лианы этих растений обычно имеют длину в десятки метров. Этот род также способен ловить в свои кувшины самую крупную добычу, в том числе таких крупных существ, как лягушки и мелкие грызуны. Непентес уникален среди плотоядных растений как единственный двудомный род, что означает наличие отдельных мужских и женских растений. Эти растения находятся под угрозой исчезновения, а некоторые виды или вымерли. Некоторые виды непентесов продаются коллекционерам за сотни долларов и участвуют в незаконной зарубежной торговле. В последние годы стало очень популярным выращивание плотоядных растений. К сожалению, исчезающий статус многих видов не мешает коллекционерам рисковать высокими штрафами и собирать их в полевых условиях. Это серьезно повлияло на многие виды, но коллекционеры — не самая большая проблема, с которой сталкиваются плотоядные растения. В США и других развитых странах водно-болотные угодья считаются бесполезными, их осушают и осваивают. В настоящее время подсчитано, что в США осталось только 3-5% мест обитания плотоядных растений. Другая проблема заключается в том, что пожары тушат до того, как они распространятся, хотя многие растения, такие как ловушка для венериных мух, получают пользу от периодических ожогов. Однако разрушение среды обитания в результате подсечно-огневого земледелия не приносит пользы ни одному из плотоядных растений и также является причиной вымирания многих видов.

Альфред Джексон

Помните! Это всего лишь образец.

Вы можете получить индивидуальную статью от одного из наших опытных авторов.

Помощь студентам с 2015 года

Хищные растения