Ученые наконец-то разгадали, как закрываются венерины мухоловки

Фото из открытых источников

Загадка того, как венерина мухоловка закрывается достаточно быстро, чтобы поймать насекомых, возможно, частично разгадана. Новое исследование было опубликовано в журнале Science.

Венерины мухоловки (Dionaea muscipula) закрываются, когда волоски в их ловушке дважды подряд касаются их. Известно, что они способны ловить множество насекомых и даже маленьких лягушек, но механизм их работы оставался загадкой для ученых со времен Чарльза Дарвина.

Широко распространено мнение, что механизм включает в себя перекачивание воды с одной стороны ловушки на другую через ткани. Это приводит к сжатию одной стороны и набуханию другой, создавая необходимую кривизну для закрытия ловушки.

Чтобы проверить эту гипотезу, Йоэль Фортерр из Университета Экс-Марселя во Франции и его коллеги измерили время, необходимое для перемещения воды через ловушку, как через отдельные клетки, так и через ткани растения.

Для перемещения воды с одной стороны на другую требовалось от 30 до 60 секунд. При такой скорости команда пришла к выводу, что подобный механизм слишком медленный, учитывая, что насекомое обычно попадает в ловушку менее чем за секунду.

Затем они заметили, что поверхность ловушки становится более неровной после срабатывания — изменение, которое, по их словам, может произойти только при уменьшении жесткости клеточной стенки. Поэтому они исследовали, может ли какое-либо размягчение клеточной стенки быть причиной закрытия ловушки, используя крошечные зонды для измерения механических сил внутри эпидермальных клеток.

«Мы обнаружили, что при срабатывании ловушки клеточные стенки внешнего эпидермального слоя быстро размягчаются», — говорит Фортерр.

После срабатывания волосков по листу передается электрический сигнал и волна ионов кальция. «Эти сигналы действуют как аналог нервного сигнала у растения», — говорит он. «Они позволяют передавать информацию о прикосновении от волоска-триггера к удаленным клеткам по всей ловушке за доли секунды».

При получении сигнала внешняя поверхность ловушки быстро становится механически менее жесткой, высвобождая внутренние напряжения, накопленные в ткани, и позволяя находящимся под давлением внутренним клеткам сильнее расширяться с этой стороны. В результате внешние края удлиняются, в то время как внутренняя поверхность остается жесткой, заставляя ловушку изгибаться и закрываться.

Однако команда до сих пор не уверена, какие молекулы запускают столь быструю трансформацию клеточных стенок. «Другими словами, мы понимаем начало цепочки событий — тактильное восприятие, и конец — движение ловушки, но молекулярная связь, соединяющая эти два процесса, остается в значительной степени неизвестной», — говорит Фортерр.

Сергей Шабала из Университета Западной Австралии в Перте говорит, что он не убежден предложенным командой механизмом. Они предположили, что вода будет перемещаться через клетки последовательно, тогда как это может происходить одновременно, говорит он.

Он также сомневается, что изменения жесткости клеточной стенки могут происходить быстро, и считает, что это займет как минимум несколько минут. «Таким образом, несмотря на все эти изящные измерения с использованием передовых инженерных инструментов, результаты этой работы не исключают однозначно механизм, [движущийся движением воды]», — говорит Шабала.

Фортерр говорит, что команда напрямую измерила время набухания фрагментов ткани ловушки, и эти измерения показывают, что транспорт воды через ловушку происходит слишком медленно, чтобы объяснить её закрытие. С другой стороны, была измерена потеря жесткости клеточной стенки, и она оказалась на удивление быстрой, говорит он.