Ученые рассказали, как работает венерина мухоловка

Венерина мухоловка ловит насекомых, применяя особые листья-ловушки. Этот механизм активируется, когда ничего не подозревающие жертвы касаются высокочувствительного триггера дважды в течение 30 секунд. Проведенное учеными из Университета Цюриха исследование, основные моменты которого опубликованы в phys.org, показало, что закрытие ловушки также вызывает и одно, но медленное касание, вероятно, чтобы поймать медлительных личинок и улиток.

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula), пожалуй, самое известное плотоядное растение. Она ловит свою добычу, в основном пауков и насекомых, используя сложный механизм отлова. У листьев этого растения есть три очень чувствительных волоска запуска на каждой доле. Эти волоски реагируют даже на малейшие прикосновения, например, когда муха ползет по листу, посылая электрический сигнал, который быстро распространяется по всему листу. Если два сигнала срабатывают за короткое время, ловушка срабатывает в течение миллисекунд.

Физиологические реакции, на которых основан этот механизм улавливания, изучались более 200 лет. Был достигнут консенсус в отношении того, что каждое достаточно сильное касание спускового крючка вызывает электрический сигнал, и что два сигнала в течение 30 секунд приводят к закрытию ловушки. Новое исследование Университета Цюриха (UZH) и ETH Zurich теперь нашло и другой механизм запуска. «Вопреки распространенному мнению, медленное касание спускового крючка только один раз может также вызвать два сигнала и, следовательно, привести к срабатыванию ловушки», - говорит соавтор последнего Уели Гроссниклаус, директор Департамента биологии растений и микробиологии в УЖ.

Исследователи определили силы, необходимые для запуска механизма захвата растения. Они сделали это, используя высокочувствительные датчики и высокоточные микророботные системы, разработанные командой соавтора последнего исследования Брэдли Дж. Нельсона в Институте робототехники и интеллектуальных систем в ETH Zurich. Это позволило ученым отклонить триггерные волосы на точный угол с заранее определенной скоростью, чтобы измерить соответствующие силы. Эти эксперименты подтвердили предыдущую теорию. Если выбранные параметры приближаются к прикосновению к обычной добыче, для захвата ловушки требуется два прикосновения.

На основе собранных данных исследователи из Института строительных материалов ETH разработали математическую модель для определения диапазона угловых отклонений и порогов скорости, которые активируют механизм привязки. «Интересно, что модель показала, что при более низких угловых скоростях одно касание приводило к двум электрическим сигналам, таким образом, ловушка должна щелкать», - говорит Гроссниклаус. Впоследствии исследователи смогли подтвердить прогноз модели в экспериментах.

В открытом состоянии лепестки листьев венериной мухоловки изогнуты наружу и находятся под напряжением - как тугая пружина. Триггерный сигнал приводит к незначительному изменению кривизны листьев, что приводит к мгновенному срабатыванию ловушки. Электрические сигналы генерируются ионными каналами в клеточной мембране, которые транспортируют атомы из клетки в клетку.

«Мы думаем, что ионные каналы остаются открытыми до тех пор, пока мембрана механически растягивается. Если отклонение происходит медленно, потока ионов достаточно для запуска нескольких сигналов, что приводит к закрытию ловушки», - объясняет соавтор Ханнес Воглер, биолог в УЖ. Этот спусковой механизм позволяет венериной мухоловке ловить медленно движущеюся добычу, такую, как личинки или улитки.