Разгадан секрет ловушки венериной мухоловки

Стоит мухе коснуться венериной мухоловки, и ее лист-ловушка захлопывается с поразительной скоростью — быстрее, чем почти любое другое движение в мире растений. Долгое время считалось, что механизм этого щелчка уже давно понятен. Однако новое исследование показало: объяснение, которое десятилетиями оставалось в учебниках, оказалось неверным, пишет Earth.com.

Загадка времен Дарвина

Ученые выяснили, что ловушка закрывается не из-за быстрого перераспределения воды внутри листа, как предполагала классическая гипотеза. Настоящая причина — резкое кратковременное размягчение внешнего слоя клеточных стенок, после чего накопленное в ткани напряжение само захлопывает ловушку.

Вопрос механизма венериной мухоловки интересовал ботаников еще со времен Чарльза Дарвина. Ловушка хищного растения представляет собой видоизмененный лист, разделенный на две створки с жесткими шипами по краям. Увидеть, как она закрывается, несложно, но объяснить, какая именно сила запускает это движение, ученые пытались многие поколения.

На внутренней стороне каждой створки находятся чувствительные волоски. Если коснуться одного из них дважды за короткое время, по листу проходит электрический сигнал, который дает команду ловушке сработать. Этот механизм и взяли за основу ученые.

Еще в 2005 году исследователи выяснили, что створки выгнуты наружу и удерживаются в состоянии запасенного напряжения. Когда это напряжение высвобождается, они почти мгновенно выворачиваются внутрь и закрываются примерно за одну десятую секунды. Однако исследование 2005 года не ответило на главный вопрос: что именно толкает ловушку через критическую точку?

Более ста лет доминировала версия, что после сигнала вода быстро перетекает внутри листа, наружные клетки набухают, и это вызывает захлопывание. Для процесса, который занимает всего десятую долю секунды, такой механизм мог оказаться слишком медленным.

Новый эксперимент

Чтобы проверить гипотезы, команда сняла работу ловушки на высокоскоростные камеры, прижимала к ее наружной поверхности миниатюрные зонды для измерения жесткости ткани и отдельно оценивала потоки воды. Затем исследователи сопоставили все данные с расчетными моделями.

Ключевая деталь проявилась почти сразу. Вскоре после срабатывания наружная поверхность ловушки становилась заметно более бугристой и морщинистой. Такой эффект возможен только в том случае, если материал в этом слое временно теряет жесткость.

Измерения подтвердили это наблюдение. Когда электрический сигнал доходил до ткани, жесткость внешнего слоя резко падала примерно в течение одной секунды — именно в тот момент, когда створки начинали переход к щелчку. Клеточные стенки наружного слоя ослабевали примерно на 30-40 процентов. Этого оказалось достаточно, чтобы высвободить запасенную упругую энергию и заставить створки мгновенно захлопнуться.

При этом стенки не разрушались: они не рвались и не сминались. Они лишь на короткое время становились более гибкими. Растительные клетки известны способностью ослаблять свои стенки для роста, но обычно этот процесс занимает часы или дни. В случае венериной мухоловки тот же механизм сжат примерно до одной секунды. По словам авторов, раньше никто не наблюдал у растений столь быстрой смены жесткости клеточных стенок.

Венерина мухоловка не изобрела новый биологический принцип, а довела обычную способность растений до экстремума. Там, где растущий стебель медленно размягчает стенки в течение суток, мухоловка делает это почти мгновенно.

Как отметил Йоэль Фортэрр, одно из самых узнаваемых растений в мире все еще способно удивлять ученых. Химический механизм, позволяющий так быстро размягчать клеточные стенки, пока остается неизвестным — это следующая большая загадка.