Венерина мухоловка (Dionaea muscipula), пожалуй, самое известное хищное растение. Он ловит свою добычу, в основном пауков и насекомых, с помощью сложного механизма отлова. Его отчетливые листья имеют по три высокочувствительных триггерных волоска на каждой доле. Эти волоски реагируют даже на малейшие прикосновения – е.грамм. 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.
Новый спусковой крючок для механизма захвата
Физиологические реакции, на которых основан этот механизм отлова, изучаются более 200 лет.
По общему мнению, каждое достаточно сильное прикосновение к волоску спускового крючка вызывает электрический сигнал, а два сигнала в течение 30 секунд приводят к закрытию ловушки. Новое исследование Цюрихского университета (UZH) и ETH Zurich обнаружило еще один пусковой механизм. «Вопреки распространенному мнению, медленное прикосновение к волоску спускового крючка только один раз также может вызвать два сигнала и, таким образом, привести к щелчку ловушки», – говорит соавтор статьи Ули Гроссниклаус, директор Департамента биологии растений и микробов в UZH.
Во-первых, междисциплинарная группа исследователей определила силы, необходимые для запуска механизма улавливания растений. Они сделали это с помощью высокочувствительных датчиков и высокоточных микророботических систем, разработанных командой последнего автора Брэдли Дж.
Нельсон из Института робототехники и интеллектуальных систем ETH Zurich. Это позволило ученым отклонить волоски спускового крючка на точный угол с заданной скоростью, чтобы измерить соответствующие силы.
Эти эксперименты подтвердили предыдущую теорию. Если выбранные параметры соответствуют прикосновениям обычной добычи, ловушка может щелкнуть в два касания.
На основе собранных данных исследователи из Института строительных материалов ETH разработали математическую модель для определения диапазона углового отклонения и пороговых значений скорости, которые активируют механизм защелкивания. «Интересно, что модель показала, что при более низких угловых скоростях одно касание приводит к появлению двух электрических сигналов, так что ловушка должна сломаться», – говорит Гроссниклаус.
Впоследствии исследователи смогли подтвердить предсказание модели в экспериментах.
Ловля медленной добычи
В раскрытом состоянии лепестки листьев Венериной мухоловки изогнуты наружу и под напряжением – как натянутая пружина. Сигнал срабатывания приводит к незначительному изменению кривизны створок, в результате чего ловушка мгновенно щелкает. Электрические сигналы генерируются ионными каналами в клеточной мембране, которые переносят атомы из клетки и внутрь нее. «Мы думаем, что ионные каналы остаются открытыми, пока мембрана механически растягивается. Если отклонение происходит медленно, потока ионов достаточно для запуска нескольких сигналов, что приводит к закрытию ловушки », – объясняет соавтор статьи Ханнес Фоглер, биолог растений из UZH.
Недавно обнаруженный спусковой механизм может быть способом для венерианской мухоловки ловить медленно движущуюся добычу, такую как личинки или улитки.