Почему некоторые растения стали плотоядными?
В конце XIX века мир горячо заинтересовался историями о плотоядных растениях. Благодаря Артуру Конану Дойлу и Чарльзу Дарвину публика узнала о венериных мухоловках, но ученые до сих пор разбираются, почему они эволюционировали в плотоядные цветки. Портал bigthink.com рассказал об этих исследованиях.
Ботаники, экологи, энтомологи, физиологи и молекулярные биологи изучили каждый аспект венериной мухоловки. Недавние подвижки в молекулярных науках помогли ученым выяснить ключевые элементы хищного образа жизни мухоловки. А именно, как им удается так быстро захлопываться и как «чаша» растения переходит в своего рода пищеварительный тракт.
Остался последний вопрос: какие эволюционные изменения претерпела мухоловка, прежде чем получить «снаряжение» для переваривания мяса. Ископаемые не дали почти никаких зацепок. Анализ ДНК добычи мухоловок показал, что плотоядные растения вряд ли развили нужные адаптации при помощи генов, взятых от своих жертв. Последние находки показывают на другой вариант: вероятно, мухоловка стала хищником, переориентировав часть своих генов — те, что выполняли функции, встречающиеся среди многих цветущих растений.
Для контекста, плотоядность эволюционировала среди цветущих растений несколько раз на протяжении более чем 140 млн лет. Если точнее, как минимум 12 раз. И в каждом случае причина эволюции была одной и той же — потребность в альтернативном источнике питательных веществ. Плотоядные растения произрастают в болотах, на воде или скудных тропических почвах, где не хватает азота и фосфора. А мухоловка может прожить на одном крупном насекомом три недели.
На сегодняшний день науке известны 800 видов плотоядных растений. Некоторые, вроде саррацений и росянок, охотятся пассивно — они ждут, пока добыча сама сядет на липкие волоски или скользкие края чаши. Другие ведут более активную охоту: они сворачиваются внутрь себя, чтобы подтолкнуть жертву ближе к центру ловушки. Венерина мухоловка считается самым продвинутым представителем вида — ее чувствительные волоски могут отличить прикосновение насекомого от капли дождя или мертвого листка.
При этом, несмотря на огромную разницу в форме и механизме ловушек растений, все они представляют собой модифицированные листья или части листьев. И для того, чтобы разобраться, почему они так изменились, ученые провели глубокий анализ генома плотоядных и неплотоядных растений.
Центральным фактором этого превращения стал механизм самозащиты, присутствующий в некоторых растениях. Еще в 1970-х специалисты обнаружили, что пищеварительная жидкость в ловушках плотоядных цветков работает примерно так же, как химическое оружие, используемое растениями против бактерий и грибков. Просто в какой-то момент перестали защищаться от травоядных насекомых и начали ими питаться, из-за чего гены, отвечающие за выработку жидкости, изменились.
Но мало просто поймать добычу — нужно как-то перенести питательные вещества внутрь растения. Обычно за это отвечают корни, однако плотоядные цветки адаптировали их гены для работы в листьях. Разница лишь в том, что в первом случае они активны постоянно, а во втором — только когда цветок начинает переваривать пищу.