Tödlich wirksame Falle: Wie sich die Venusfliegenfalle erinnert, wenn sie ihre Beute gefangen hat

Die Venusfliegenfalle ist eine äußerst interessante Pflanze. Es fängt seine Opfer (kleine Insekten, Spinnentiere usw.) mit Hilfe von modifizierten Blättern ein. Auf ihrer Oberfläche befinden sich spezielle Haare, die reagieren, wenn etwas auf die Oberfläche des Blattes trifft. Die Ränder der Blätter wickeln sich schnell ein und das Opfer wird gefangen, was die kleine Kreatur allmählich in Nahrung für die Pflanze verwandelt.



Der Fliegenfänger benötigt Tierfutter, um die Stickstoffreserven aufzufüllen - es kommt normalerweise in Regionen mit Sumpfgebieten vor, deren Boden stickstoffarm ist. Aber wie kann eine Pflanze, die keine Muskeln und kein Nervensystem hat, nicht nur etwas erfassen, sondern sich auch daran erinnern, dass sich ein Opfer im Blatt befindet, und es lohnt sich nicht, es auszupacken?

Wie der Erfassungsmechanismus funktioniert

Vor einigen Monaten veröffentlichten Biologen der Universität Würzburg die Ergebnisse einer Studie zum Mechanismus der Erfassung von Opfern durch Pflanzen. Wie sich herausstellte, „weiß die Pflanze zu zählen“. Tatsache ist, dass das Blatt, auf dem etwas erschienen ist, meistens erst nach der zweiten Berührung ausgelöst wird. Tatsache ist, dass die Venusfliegenfalle viele Ressourcen für das Hochgeschwindigkeitsbiegen des Blattes benötigt. Daher ist es unzulässig, Energie für die Reaktion auf Wind, Staub, Kieselsteine ​​usw. in Bezug auf empfindliche Haare aufzuwenden.



Die Venusfliegenfalle wartet auf die zweite Berührung, drückt aber erst dann das Blatt. Der Mechanismus funktioniert am effektivsten, wenn das Insekt die Haare an den Blatträndern berührt und dann in der Mitte erscheint. Laut Wissenschaftlern haben Haare eine kumulative Wirkung.



Sensorische Haare können eine Anstrengung von sogar 0,05 Millinewton wahrnehmen. Die Auslösezeit der Falle hängt von der Berührungskraft und der Richtung der ausgeübten Kraft ab.



In der Toga kann der Fliegenfänger nicht nur langsame Insekten und Arthropoden fangen - Käfer, Raupen, Holzläuse, sondern auch schnelle, wegfliegende Fliegen und Mücken. Je hungriger die Pflanze ist, desto schneller reagiert der Mechanismus des Quetschens der Blätter.

Und das ist noch nicht alles

Das Fallenblatt schließt sich nicht sofort vollständig und beginnt nicht, Verdauungsenzyme zu produzieren. Um diesen Prozess zu starten, sind fünf Anreize erforderlich. Deutsche Wissenschaftler glauben, dass dieses Verhalten mit einer rudimentären Analyse der Kosten und möglichen Ergebnisse verglichen werden kann. Je mehr Anreize, desto wahrscheinlicher ist die Produktion, die sich definitiv lohnt. Wenn die „Analyse“ zeigt, dass das Opfer die Energie und die dafür aufgewendeten Enzyme nicht wert ist, wird das Insekt oder der Kiesel nach 12 Stunden vom Blatt weggeworfen.



Alles wäre gut, aber es stellt sich die Frage, wie genau ein Fliegenfänger zählen kann. Es wäre in Ordnung, wenn das Blatt nach nur einer Berührung zusammenbrechen würde. Aber er tut es nach mindestens 2 Berührungen und die Produktion des Enzyms und die endgültige Kompression beginnen nach 5 Berührungen. Und dies ist die Fähigkeit zu "zählen" und "zu analysieren". Deutsche Wissenschaftler wollten herausfinden, wie dieser Mechanismus funktioniert.





Zu diesem Zweck führten sie einen fluoreszierenden Kalziumsensor in die Pflanze ein. Wie sich herausstellte, ist es die Änderung der Kalziumkonzentration, die das "Gedächtnis" der Pflanze irgendwie beeinflusst. Früher konnten Wissenschaftler nicht herausfinden, wie genau die Kalziumkonzentration im Gewebe mit dem "Score" korreliert, aber jetzt hat alles geklappt.



Den Deutschen wurde von japanischen Wissenschaftlern geholfen, die ein spezielles Präparat GCaMP6 entwickelten. Es ist eine lumineszierende organische Substanz, die grün leuchtet, wenn sie an Kalzium bindet. Es war diese grüne Fluoreszenz, die es dem Team ermöglichte, Änderungen der Calciumkonzentration als Reaktion auf die Stimulation der empfindlichen Haare der Pflanze mit einer Nadel zu verfolgen.



Vor der Verwendung der fluoreszierenden Substanz versuchten die Wissenschaftler, den Mechanismus des "Gedächtnisses" der Pflanze mit anderen Methoden herauszufinden, und verbrachten 2,5 Jahre damit. Aber erst jetzt haben wir alles herausgefunden.

Was ist mit Kalzium?

Die erste Berührung der empfindlichen Haare des Fliegenfängers startet den Mechanismus der Freisetzung von Calciumionen bis zu einem bestimmten Grad. Wenn innerhalb von 30 Sekunden eine weitere Berührung erfolgt, erreicht die Kalziumkonzentration ein kritisches Niveau, wonach die Falle funktioniert. Wenn nach einer halben Minute nichts passiert, beginnt die Kalziumkonzentration abzunehmen. Wir können sagen, dass sich der Fliegenfänger 30 Sekunden lang an Ereignisse "erinnert".





Jetzt planen Wissenschaftler, ihre Forschung zu ihrem logischen Abschluss zu bringen und die Beziehung zwischen der Kalziumkonzentration und dem "Nervensystem" des Fliegenfängers zu untersuchen. Es wandelt die Bewegung der Beute in elektrische Signale um, die sich durch die Zellen ausbreiten.



Infolgedessen planen die Forscher, den Evolutionsprozess von Raubpflanzen zu untersuchen und mehr über die Mechanismen zu erfahren, die der Jagd zugrunde liegen. Bis jetzt sind viele biologische Merkmale von Pflanzen und Tieren ein Rätsel, und die Aufgabe der Wissenschaftler besteht darin, es zu enträtseln. Übrigens haben alle Pflanzen mit Fallenblättern einen gemeinsamen Vorfahren - eine Pflanze, die nicht nach Tierfutter jagte. Aber in seinem Genom gab es einige Regionen, in denen Nährstoffe nicht nur von Wurzeln, sondern auch von Blättern gefunden und aufgenommen wurden, sodass sich diese Regionen später zu etwas anderem entwickelten. Ein ähnlicher Mechanismus hat sich bei Raubpflanzen entwickelt, die Seerosenfallen züchten, ohne aktiv auf Beuteelemente zu reagieren.



DOI: Nature Plants, 2020.10.1038 / s41477-020-00773-1 .