Prisión terrible: un estudio de los picos marginales de una atrapamoscas de Venus

El viernes es un hermoso día cuando los días grises llegan a su fin (perdóname por echar sal en la herida para aquellos que trabajan los sábados y domingos), el esperado fin de semana nos espera y tenemos tiempo para hacer algo agradable e interesante: leer un libro que ya ha recogido una capa récord de polvo; visitar a familiares si aún te recuerdan; dormir, despertarse por la mañana no con un terrible despertador, sino de una manera natural; riega una flor en una maceta, que pronto se convertirá en un cactus, planta rodadora o un monstruo carnívoro, como en la película "Little Shop of Horrors". En esta película, la planta asesina es una creación ficticia, pero tiene un antepasado en el mundo real: plantas depredadoras, específicamente, la atrapamoscas venus. Esta planta es Jason Voorhees en el mundo de los insectos. Y así como un machete es característico de Jason, sus espinas marginales (marginales) son características de un papamoscas. Hoy nos reuniremos con usted en un estudio en el que los científicos decidieron verificar cuán importantes son estos picos para atrapar presas. Naturalmente, son importantes, usted dice, y tiene razón, pero los resultados del estudio no estuvieron exentos de sorpresas. No tiraremos del mosquito por la trompa y nos sumergiremos en el informe para aclararlo. Vamos

Prisión horrible

Todos conocemos el concepto de fotosíntesis, que se refiere al proceso químico de convertir la energía de la luz en energía de compuestos químicos. Sin embargo, no a todas las plantas les gusta la dieta solar, o más bien, no todos pueden alimentarse exclusivamente de esta manera debido a ciertas condiciones climáticas y al lugar de crecimiento. Si quieres vivir, poder girar, en este caso, evolucionar en la pesadilla de todas las moscas. En otras palabras, las plantas carnívoras, además de la dieta "clásica", obtienen las sustancias necesarias (por ejemplo, nitrógeno) al digerir los insectos (u otras criaturas que no tienen suerte). En total, hay alrededor de 630 especies de plantas depredadoras que crecen en casi todas las regiones del planeta y difieren tanto en el método de caza como en las preferencias gastronómicas.

Según el tipo de pesca, las plantas de presa se pueden dividir en dos tipos principales: activas y pasivas. Los primeros poseen partes móviles (como nuestra heroína actual, el papamoscas), y los segundos poseen secreciones pegajosas en la superficie de las hojas o contenedores donde la víctima se cae sola.


Biblis gigantes

Los mayores representantes de las plantas depredadoras son los biblis gigantes y los nepentes. El biblis gigante se asemeja a un arbusto ordinario con flores muy hermosas, pero esta planta es muy insidiosa: todas sus hojas y tallos están cubiertos de pequeños pelos (aproximadamente 300,000 piezas en 1 hoja) y glándulas que secretan jugo. Este néctar atrae a una víctima que, después de haber anhelado comida gratis, se convierte en ella misma, pegándose firmemente a los pelos. Al mismo tiempo, el jugo secretado por la planta no es solo un cebo, sino también una herramienta de digestión. Las víctimas bíblicas pueden ser insectos y caracoles, así como pequeños anfibios o aves desembarcadas sin éxito.


La relación simbiótica de Nepentes y una araña que usa el embalse de la planta como un lugar para "pescar".

El segundo nombre de Nepentes es el lanzador, que habla directamente del método de captura de presas. Nepentes tiene dos tipos de hojas: ordinarias e inusuales, que forman una jarra que cuelga en el aire llena de néctar. Los bordes de esta jarra también están cubiertos de néctar, por lo tanto, el insecto atraído por su olor se sienta y rueda, donde es digerido por la planta. Pero Nepentes es diferente de otras plantas depredadoras, no solo es un asesino en serie, sino también un buen amigo si eres tonto. Este pequeño animal se alimenta del néctar de la planta y usa su trampa de jarra como una maceta nocturna. Los productos de desecho se digieren y le dan a la planta los nutrientes necesarios.


Incluso en la floración de una trampa para moscas, hay lógica: las flores florecen en un largo tallo lejos de las trampas para proteger a los insectos polinizadores de un accidente industrial.

Y finalmente, depredadores activos. El más famoso de ellos es el papamoscas. Sus hojas al final de un tallo delgado se asemejan a una trampa o una boca abierta, hambrienta y muy dentuda. Dentro de la trampa está cubierta de pelos finos y muy sensibles, golpeando con los cuales la víctima activa el cierre de la trampa. Pero tal método de activación no es el más efectivo, usted piensa. ¿Y si el viento soplaba o si empezaba a llover y el cabello se tocaba por accidente? Pero no se preocupe, porque esta trampa atrapamoscas perfeccionó el mecanismo durante muchos años de evolución. Para que las persianas se cierren, es necesario tocar al menos 2 pelos con un intervalo de no más de 20 segundos. En este caso, el proceso de digestión, que tiene lugar dentro de la trampa, comenzará solo después de la estimulación repetida de los pelos sensibles. Por lo tanto, el papamoscas no comenzará el proceso de digerir, por ejemplo, una hoja caída, ahorrando así energía para la producción real.

El mecanismo del colapso de la trampa en atrapamoscas se basa en procesos químicos y celulares. El papel más importante lo desempeña la turgencia de los tejidos, es decir, el estado de estrés de los depósitos de las células vivas. Cuando la víctima estimula los pelos sensibles, se genera un potencial de acción debido a los iones de potasio, que se propaga a lo largo de los lóbulos de las hojas y estimula las células. Cuando la trampa está abierta, sus lóbulos se doblan hacia afuera (por lo que será más fácil que la víctima caiga en la trampa), y cuando la trampa se cierra, los lóbulos se doblan en la dirección opuesta. Por lo tanto, se forma el espacio interior. La víctima viva no se quedará quieta, sino que se moverá constantemente, tratando de salir. Pero aquí, como en un pantano, cuanto más te mueves, más rápido te ahogarás. El movimiento constante de la víctima estimula los pelos, lo que conduce a la liberación de la enzima digestiva. Si la presa resultó ser más inteligente y más rápida y pudo escapar, entonces la trampa que se cerró en vano se abrirá solo después de 2-3 días.

Un aspecto importante del funcionamiento de las trampas es su fragilidad y deformación. Golpear las partes de la hoja en el espacio en blanco conduce al hecho de que en tiempos posteriores la trampa se cerrará más lentamente y el ángulo del estado abierto será mucho más pequeño. Como entendemos, tales cambios pueden afectar en gran medida la captura de presas y, por lo tanto, provocar la muerte de la planta debido al hambre. Además, después de varios cierres, las trampas mueren lo suficientemente rápido.


Hechos verdaderos: plantas carnívoras. El video contiene mucho humor negro y un lenguaje obsceno.

Los picos de borde juegan un papel importante en la captura de presas para los cazadores de moscas que evitan que la víctima escape de la trampa del estómago. Sin embargo, al igual que con los pelos sensibles, estos picos no son tan simples.

El estudio en cuestión se basa en las hipótesis de Charles Darwin, quien fue el primero en describir el mecanismo de caza de un atrapamoscas venus, llamando a su trampa "una prisión terrible". Sugirió que los picos son importantes no solo para mantener a la presa, sino también como un método peculiar para "filtrarla". En otras palabras, una presa demasiado pequeña, cuyos beneficios nutricionales no serán suficientes, puede salir entre las espigas, y una presa demasiado grande simplemente revelará las fracciones de la hoja y también huirá. Tanto en el primer como en el segundo caso, el consumo de energía de un papamoscas para este tipo de presas no sería comparable con la energía resultante de su digestión. En consecuencia, los picos de una atrapamoscas le permiten atrapar presas de cierto tamaño. Sin embargo, a pesar del hecho de que han pasado más de 100 años desde los descubrimientos de Darwin, nadie probó sus hipótesis en la práctica. Esto es exactamente lo que los científicos decidieron hacer en su estudio.

Tal atención de los científicos, Venus atrapamoscas, aún no lo sabía. Los investigadores midieron la eficiencia de captura de presas, los tiempos de cierre de las trampas y la influencia de los picos de borde tanto en la naturaleza como en el laboratorio. Además, los científicos probaron la eficacia de la trampa sin púas, habiéndolas eliminado previamente.

Resultados de la investigación

Las observaciones de las plantas se llevaron a cabo en la naturaleza (pantanos verdes en Carolina del Norte, EE. UU.), En laboratorio y en condiciones híbridas. Las marismas verdes son una de las pocas áreas donde todavía se pueden encontrar especies endémicas de papamoscas. Los científicos identificaron 14 plantas individuales, cuyas trampas dividieron en 4 categorías: vivo y cerrado, muerto y cerrado, vivo y abierto, muerto y abierto. Se contaron un total de 100 trampas. Con la ayuda de la translucidez, se estableció que había algo (presa o basura) dentro de las trampas cerradas: trampas con algo denotado "1", vacías - "0".

Entre las trampas cerradas de atrapamoscas salvajes, solo el 24% contenía presas. Precisamente se logró establecer que en 8 trampas de 98 había basura y 2 insectos claramente contenidos (una hormiga en una y una araña en la segunda). El 55 ± 5% de las trampas estaban abiertas y eran capaces de atrapar presas (hojas vivas e intactas). El porcentaje de trampas cerradas con presas adentro varió de 0 a 50% dependiendo de la planta individual en consideración. En 5 plantas, este indicador fue del 0%, en cinco más - del 0 al 33%, y en cuatro más - 34-50%.

El experimento de laboratorio incluyó plantas cultivadas y grillos comprados, que en la naturaleza ocupan aproximadamente el 10% de la dieta del papamoscas. Todos los insectos que participaron en las pruebas estaban sanos, con las seis patas en su lugar. Su longitud oscilaba entre 7 y 23 mm, y su peso, desde 0,026 hasta 0,420 gramos. En la prueba de laboratorio, todas las trampas fueron etiquetadas de la misma manera que en las observaciones en la naturaleza: cerradas pero vacías - "0", cerradas y con presas adentro - "1". La prueba de trampa tuvo lugar 3 días y 1 semana después del inicio de la prueba.


Imagen No. 1: a - trampa con púas de borde, b - trampa sin púas, c - experimento de laboratorio (1 planta en un recipiente con agua, 1 grillo y pasarela para facilitar que un insecto llegue a la planta).

Después del primer enfoque, los científicos eliminaron las puntas de borde de las trampas cerradas ( 1b ). Después de esto, la planta recibió 1 semana para restaurar y abrir la trampa.

Después de que las trampas se volvieron a abrir (ya sin púas), la segunda etapa de prueba se llevó a cabo utilizando un nuevo grillo. Se realizaron un total de 51 pruebas con 34 plantas: 17 plantas - observaciones sin manipulación por humanos y otras 17 - observaciones antes y después de la eliminación de espinas. También hubo dos tipos de enfoques de control: 5 con grillo muerto y 2 sin ningún insecto. Por lo tanto, fue posible verificar que el cierre de las trampas se produce únicamente debido a los grillos vivos, y no en orden aleatorio.

Entre las trampas de plantas que no fueron manipuladas, solo el 16.5% atrapó con éxito el insecto. Las trampas cortadas con púas se recuperaron después de 4 días, pero solo el 5,8% de ellas pudieron atrapar presas. Sin embargo, el procedimiento para eliminar las espinas, es decir, el daño físico a los tejidos vegetales, no tuvo un efecto negativo. Por lo tanto, la velocidad de cierre, el crecimiento de las plantas y el estado general no difirieron en plantas vírgenes y plantas con espinas eliminadas. Además, después de 1 semana, los picos comenzaron a volver a crecer.

La probabilidad de una caza exitosa con picos eliminados disminuyó en un 90% en comparación con las trampas prístinas.


Imagen No. 2: resultados de la caza de mosqueros en la naturaleza (gráfico superior), en el laboratorio (segundo y tercer gráfico) y en un experimento híbrido (gráfico inferior).

Sin embargo, los datos de observación ya indican que con grandes tamaños de producción, los beneficios de tener picos se reducen considerablemente. Un modelo lineal con efectos mixtos mostró que el peso de la presa es el factor determinante en el éxito de la caza. Entonces, con un aumento en el peso del insecto de solo 0.1 g, la probabilidad de captura exitosa se reduce en un 73%.

Naturalmente, las dimensiones de las trampas en sí mismas también son muy importantes. Con un aumento en la longitud de la trampa de 1 cm, la posibilidad de una comida sabrosa para la planta aumenta 2,9 veces. En este caso, la presencia o ausencia de picos marginales no importa.


Imagen No. 3: el éxito de cazar plantas intactas (izquierda) y plantas con espinas removidas (derecha). Eje Z: probabilidad de captura de presas (variación de color azul-rojo de mínimo a máximo) dependiendo del peso de la presa (eje X) y la longitud de la trampa (eje Y).

Como podemos ver en el gráfico anterior, la probabilidad de una captura exitosa de una trampa sin espigas (el gráfico de la derecha) es lo suficientemente pequeña cuando el peso de la presa y la longitud de la trampa también son pequeños. Pero con mayor peso y mayor longitud, este indicador es comparable a las plantas cuyas espinas permanecieron en su lugar.

El experimento híbrido fue un cambio de ubicación del laboratorio al Jardín Botánico de Carolina del Norte, donde se plantaron 22 papamoscas. Cada planta tenía 50/50 trampas prístinas y sin espinas (la extracción se realizó en el laboratorio antes de plantar en el jardín, después de lo cual la planta se restauró y las trampas se abrieron). Las observaciones duraron 4 semanas, los científicos registraron todos los datos: el tamaño de la presa capturada o la basura que cayó en la trampa, el tamaño de las trampas cerradas, la frecuencia de cierre / apertura, etc.

Las plantas en el bosque botánico mostraron resultados no muy altos en la captura exitosa de presas: 13.3% en trampas vírgenes y 9.2% en trampas sin espigas. Sin embargo, estos resultados son muy similares a los que los científicos observaron en condiciones controladas de laboratorio. Además, como se puede ver en el gráfico de la imagen 2, la mayor probabilidad de éxito se observó precisamente en el caso de la producción mediana.


Imagen No. 4: tiempo requerido para el cierre de la primera, segunda, tercera y cuarta trampa.

Los científicos también midieron la tasa de cierre de la trampa durante los enfoques primero, segundo y tercero. Durante el primer cierre, la velocidad fue de aproximadamente 283 ± 29 ms, durante el segundo - 383 ± 43 ms y durante el tercero - 528 ± 62 ms. Esas pocas trampas que sobrevivieron al cuarto cierre mostraron una disminución significativa en la velocidad a 772 ± 374 ms. Como ya sabemos, las trampas de atrapamoscas no se pueden cerrar / abrir infinitamente muchas veces. Durante el estudio, solo 38 de las 50 trampas sobrevivieron después del segundo cierre, 25 de 38, después de la tercera, y solo 4 trampas sobrevivieron hasta el final del experimento híbrido de 4 semanas.

Para un conocimiento más detallado del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .

Epílogo

Los científicos señalan que la importancia de los picos marginales en las trampas no es tan grande como parecía antes. Especialmente cuando se trata de trampas grandes y / o presas grandes. Las observaciones mostraron que los grillos a menudo trepan precisamente sobre las puntas de la trampa (no dentro de la trampa). Cuando la trampa se cierra, el grillo puede ejercer presión sobre los picos y salir fácilmente. Si no hay espinas en una trampa grande, entonces no hay nada que presionar, por lo tanto, el grillo permanece en una trampa. Resulta que los picos sirven como una herramienta de escape para los insectos grandes.

Con presas pequeñas, todo está claro: si provoca el cierre de la trampa, saldrá a través de las aberturas entre las puntas. Por lo tanto, la trampa se abrirá nuevamente sin gastar energía en digerir los alimentos malnutridos. En el caso de presas grandes, puede parecer que los cazadores de moscas estarán muy felices de darse un festín con alguien grande y jugoso. Cogí una gran tarántula y me digerí con calma, sin pensar en la búsqueda de comida, por así decirlo. Sin embargo, en la práctica, todo se ve diferente: una presa grande usa picos para salir. Los científicos, a su vez, continuarán investigando para comprender completamente si esto es un inconveniente para los atrapamoscas o si sigue siendo un mecanismo evolutivo bien pensado que garantiza la captura de ciertos tamaños.

Sea como fuere, este estudio nos permitió observar la vida de las plantas depredadoras bajo el prisma de las mediciones y cálculos matemáticos, y también comprender que no todos los dispositivos evolutivos tienen un propósito obvio. El mundo de la flora y la fauna está lleno de secretos y misterios que aún tenemos que resolver.



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