Дослідження, опубліковане цього тижня, як видається, розгадало одну з найбільших загадок рослинного світу: як саме пастка венериної мухоловки (Dionaea muscipula) спрацьовує?
Дослідники з Університету Екс-Марселя у Франції вивчили венерину мухоловку зблизька. Вони виявили докази того, що рослина починає закривання, швидко розм'якшуючи клітинні стінки, що вистилають її зовнішній епідерміс. Робота команди проливає нове світло на унікальний спосіб життя мухоловки та може допомогти відкрити нові напрямки у дослідженнях робототехніки, кажуть вони.
"Загалом, наші результати показують, що венерина мухоловка є не тільки ключовою моделлю для швидкої передачі сигналів рослинами, але й потужною системою для вивчення динамічної механіки клітинних стінок", - написали дослідники у своїй статті, опублікованій у четвер у журналі Science.
Ловець мух
Мухоловки - одні з найдивніших живих істот у світі. На відміну від більшості інших рослин, вони можуть швидко реагувати на тварин і роблять це заради їжі. Дві листові лопаті рослини (так звана пастка) закриваються у відповідь на потрапляння комах усередину, активуючи розташовані всередині волоски й запечатуючи нещасну комаху, щоб травні ферменти рослини могли розщепити її на живильний сік. Примітно, що це відбувається без участі м'язів.
За минулі роки вчені вивчили більшу частину складної біології, яка лежить в основі цього ритуалу харчування. Наприклад, дослідження 2016 року показало, що мухоловка може «підраховувати» кількість подразників, які одержують її лопаті, що допомагає їй відрізняти здобич і гілку, що впала, від чогось, що вона не може з'їсти. Інше дослідження минулого року виявило молекулярний механізм, який сповіщає всю рослину, щоб вона знала, коли потрібно закрити пастку.
Проте вчені до цього часу не розуміли механіку того, як починається це закриття.
За словами дослідницької групи під керівництвом Чон Ин Рю, існували дві основні гіпотези, що пояснюють це явище. Один з механізмів пов'язаний із переміщенням води до зовнішніх клітин лопатей; це можна порівняти з тим, як хтось зачиняє двері. Інший механізм передбачає раптове розслаблення стін цих зовнішніх клітин, вивільнення накопиченої енергії всередину; це можна порівняти з тим, як хтось відпускає пружину, яку тиснув.
У цьому новому дослідженні вчені спробували емпірично знайти ознаки обох механізмів у мухоловках, коли їх лопаті починають закриватися.
Зрештою вони виявили, що вода переміщається клітинами надто повільно під час початкового закриття лопатей рослини, щоб бути основним фактором цього процесу. Натомість вони спостерігали швидке, тривалістю в одну секунду, "розм'якшення клітинної стінки епідермісу, що вивільняє пружну енергію, накопичену в пастці".
Подальші висновки
Клітинний трюк мухоловки, мабуть, є "найшвидшою модуляцією механіки стінок, зареєстрованою у рослин", — пишуть дослідники. І це може допомогти надихнути на розробку нових методів, що дозволяють м'яким роботам та іншим інтелектуальним матеріалам рухатись без м'язів, додають вони. З усім тим, майбутні дослідження ще повинні визначити точний молекулярний метод розм'якшення стінки рослини.
Венерина мухоловка - не єдина м'ясоїдна рослина, і принаймні деякі рослини використовують повільніші механізми захоплення, які можуть повністю залежати від руху води. Тому, за словами Жака Дюме, біофізика рослин, не пов'язаних з цим дослідженням, порівняння цих рослин одна з одною зрештою може розкрити більше інформації про заплутані еволюційні шляхи, які вони пройшли, щоб досягти свого теперішнього стану.
"Уточнивши важливість релаксації стінки для закриття венериної мухоловки, Рю та ін. заповнили велику прогалину в сучасному розумінні того, як такі складні адаптації можуть виникати в результаті фрагментарного еволюційного процесу", - написав Дюме у супровідній статті для журналу Science.
