Schreckliches Gefängnis: Eine Studie über die Randspitzen einer Venusfliegenfalle

Freitag ist ein schöner Tag, an dem die grauen Tage zu Ende gehen (verzeihen Sie mir, dass ich denjenigen, die am Samstag / Sonntag arbeiten, Salz auf die Wunde gegossen habe), das lang erwartete Wochenende erwartet uns und wir haben Zeit, etwas Angenehmes und Interessantes zu tun: ein Buch zu lesen das hat bereits eine Rekordstaubschicht gesammelt; Besuche Verwandte, wenn sie sich noch an dich erinnern. zu schlafen und morgens nicht von einem schrecklichen Wecker aufzuwachen, sondern auf natürliche Weise; gieße eine Blume in einen Topf, der sich bald zu einem Kaktus, Tumbleweed oder fleischfressenden Monster entwickeln wird, wie im Film "Little Shop of Horrors". In diesem Film ist die Killerpflanze eine fiktive Kreation, aber sie hat einen Vorfahren in der realen Welt - Raubpflanzen, insbesondere die Venusfliegenfalle. Diese Pflanze ist Jason Voorhees in der Insektenwelt. Und so wie eine Machete für Jason charakteristisch ist, so sind ihre Randstacheln für einen Fliegenfänger charakteristisch. Heute werden wir mit Ihnen eine Studie treffen, in der Wissenschaftler beschlossen haben, zu überprüfen, wie wichtig diese Stacheln für den Beutefang sind. Natürlich sind sie wichtig - Sie sagen, und Sie haben Recht, aber die Ergebnisse der Studie waren nicht ohne Überraschungen. Wir werden die Mücke nicht am Rüssel ziehen und zur Klärung in den Bericht eintauchen. Lass uns gehen.

Schreckliches Gefängnis

Wir alle kennen das Konzept der Photosynthese, das sich auf den chemischen Prozess der Umwandlung von Lichtenergie in Energie chemischer Verbindungen bezieht. Allerdings können sich nicht alle Pflanzen wie die Solardiät oder vielmehr nicht jeder aufgrund bestimmter klimatischer Bedingungen und des Wachstumsortes ausschließlich auf diese Weise ernähren. Wenn du leben willst, kannst du dich drehen und in diesem Fall zum Albtraum aller Fliegen werden. Mit anderen Worten, fleischfressende Pflanzen erhalten zusätzlich zur „klassischen“ Ernährung die notwendigen Substanzen (zum Beispiel Stickstoff), indem sie Insekten (oder andere unglückliche Kreaturen) verdauen. Insgesamt gibt es etwa 630 Arten von Raubpflanzen, die in fast allen Regionen des Planeten wachsen und sich sowohl in der Jagdmethode als auch in den gastronomischen Vorlieben unterscheiden.

Je nach Art des Fischfangs können Beutepflanzen in zwei Haupttypen unterteilt werden: aktiv und passiv. Die ersteren besitzen bewegliche Teile (wie unsere derzeitige Heldin, den Fliegenfänger), und die letzteren besitzen klebrige Sekrete auf der Oberfläche von Blättern oder Behältern, auf die das Opfer von selbst fällt.


Riesenbiblis

Die größten Vertreter von Raubpflanzen sind die Riesenbiblis und Nepentes. Die Riesenbiblis ähnelt einem gewöhnlichen Strauch mit sehr schönen Blüten, aber diese Pflanze ist sehr heimtückisch - alle Blätter und Stängel sind mit kleinen Haaren (ungefähr 300.000 Stück auf 1 Blatt) und Drüsen bedeckt, die Saft absondern. Dieser Nektar zieht ein Opfer an, das sich nach kostenlosem Essen gesehnt hat und fest an den Haaren haftet. Gleichzeitig ist der von der Pflanze abgesonderte Saft nicht nur ein Köder, sondern auch ein Verdauungswerkzeug. Die biblischen Opfer können Insekten und Schnecken sowie kleine Amphibien oder sehr erfolglos gelandete Vögel sein.


Die symbiotische Beziehung zwischen Nepentes und einer Spinne, die das Reservoir der Pflanze als Ort zum „Fischen“ nutzt.

Der zweite Name von Nepentes ist der Krug, der direkt von der Methode des Beutefangs spricht. Nepentes hat zwei Arten von Blättern: gewöhnliche und ungewöhnliche, die einen Krug bilden, der in der mit Nektar gefüllten Luft hängt. Die Ränder dieses Kruges sind ebenfalls mit Nektar bedeckt, daher sitzt und rollt das von seinem Geruch angezogene Insekt dort, wo es von der Pflanze verdaut wird. Aber Nepentes unterscheidet sich von anderen Raubtierpflanzen, er ist nicht nur ein Serienmörder, sondern auch ein guter Freund, wenn Sie dumm sind. Dieses kleine Tier ernährt sich vom Nektar der Pflanze und nutzt seine Krugfalle als Nachttopf. Die Abfallprodukte werden verdaut und geben der Pflanze die notwendigen Nährstoffe.


Selbst beim Blühen einer Fliegenfalle gibt es eine Logik: Die Blumen blühen auf einem langen Stiel, der von Fallen entfernt ist, um bestäubende Insekten vor einem Arbeitsunfall zu schützen.

Und schließlich aktive Raubtiere. Der bekannteste unter ihnen ist der Fliegenfänger. Die Blätter am Ende eines dünnen Stiels ähneln einer Falle oder einem offenen, hungrigen und sehr zahnigen Mund. Das Innere der Falle ist mit dünnen und sehr empfindlichen Haaren bedeckt, auf die das Opfer das Schließen der Falle aktiviert. Eine solche Aktivierungsmethode ist jedoch nicht die effektivste, denken Sie. Und wenn der Wind wehte oder es anfing zu regnen und die Haare versehentlich berührt wurden? Aber keine Sorge, diese Fliegenfalle hat den Mechanismus für viele Jahre der Evolution perfektioniert. Zum Schließen der Fensterläden müssen mindestens 2 Haare im Abstand von höchstens 20 Sekunden berührt werden. In diesem Fall beginnt der Verdauungsprozess, der in der Falle stattfindet, erst nach wiederholter Stimulation der empfindlichen Haare. Somit beginnt der Fliegenfänger nicht damit, beispielsweise ein gefallenes Blatt zu verdauen, wodurch Energie für die reale Produktion gespart wird.

Der Mechanismus des Fallenkollapses in Fliegenfallen basiert auf chemischen und zellulären Prozessen. Die wichtigste Rolle spielt der Gewebeturgor, dh der Spannungszustand der Schalen lebender Zellen. Wenn das Opfer empfindliche Haare stimuliert, wird durch Kaliumionen ein Aktionspotential erzeugt, das sich entlang der Blattlappen ausbreitet und die Zellen stimuliert. Wenn die Falle geöffnet ist, sind ihre Lappen nach außen gebogen (damit das Opfer leichter in die Falle fallen kann), und wenn sich die Falle schließt, biegen sich die Lappen in die entgegengesetzte Richtung. So entsteht der Innenraum. Das lebende Opfer wird nicht still stehen, sondern sich ständig bewegen und versuchen, herauszukommen. Aber hier, wie in einem Sumpf - je mehr Sie sich bewegen, desto schneller werden Sie ertrinken. Ständige Bewegung des Opfers stimuliert die Haare, was zur Freisetzung des Verdauungsenzyms führt. Wenn sich herausstellte, dass die Beute schlauer und schneller war und entkommen konnte, öffnet sich die vergeblich geschlossene Falle erst nach 2-3 Tagen.

Ein wichtiger Aspekt beim Betrieb von Fallen ist ihre Zerbrechlichkeit und Verformung. Das Zuschlagen der Blattanteile in den Rohling führt dazu, dass sich die Falle in späteren Zeiten langsamer schließt und der Winkel des offenen Zustands viel kleiner wird. Wie wir verstehen, können solche Veränderungen die Beutefangnahme stark beeinflussen und daher zum Tod der Pflanze aufgrund von Hunger führen. Außerdem sterben die Fallen nach mehreren Verschlüssen schnell genug ab.


Wahre Fakten: Fleischfressende Pflanzen. Das Video enthält viel schwarzen Humor und etwas obszöne Sprache.

Eine wichtige Rolle beim Fangen von Beute für Fliegenfänger spielen Randspitzen, die verhindern, dass das Opfer aus der Magenfalle entkommt. Wie bei empfindlichen Haaren sind diese Spitzen jedoch nicht so einfach.

Die fragliche Studie basiert auf den Hypothesen von Charles Darwin, der als erster den Jagdmechanismus einer Venusfliegenfalle beschrieb und ihre Falle als „schreckliches Gefängnis“ bezeichnete. Er schlug vor, dass die Stacheln nicht nur wichtig sind, um die Beute zu halten, sondern auch als besondere Methode, sie zu „filtern“. Mit anderen Worten, eine zu kleine Beute, deren ernährungsphysiologische Vorteile nicht ausreichen, kann zwischen den Stacheln austreten, und eine zu große Beute zeigt einfach die Bruchteile des Blattes und rennt auch weg. Sowohl im ersten als auch im zweiten Fall wäre der Energieverbrauch eines Fliegenfängers für solche Beutetypen nicht mit der aus ihrer Verdauung resultierenden Energie vergleichbar. Dementsprechend ermöglichen die Stacheln einer Fliegenfalle, Beute einer bestimmten Größe zu fangen. Trotz der Tatsache, dass seit den Entdeckungen von Darwin mehr als 100 Jahre vergangen sind, hat niemand seine Hypothesen in der Praxis getestet. Genau das haben sich die Wissenschaftler in ihrer Studie vorgenommen.

Diese Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern, Venusfliegenfalle, wusste es noch nicht. Die Forscher maßen die Effizienz der Beutefangnahme, die Schließzeiten der Fallen und den Einfluss von Randspitzen sowohl in freier Wildbahn als auch im Labor. Außerdem testeten Wissenschaftler die Effizienz der Falle ohne Spitzen, nachdem sie diese zuvor entfernt hatten.

Forschungsergebnisse

Pflanzenbeobachtungen wurden in freier Wildbahn (Green Marshes in North Carolina, USA), im Labor und unter Hybridbedingungen durchgeführt. Grüne Sümpfe sind eines der wenigen Gebiete, in denen noch endemische Arten von Fliegenfängern zu finden sind. Die Wissenschaftler identifizierten 14 einzelne Pflanzen, deren Fallen sie in 4 Kategorien einteilten: lebend und geschlossen, tot und geschlossen, lebend und offen, tot und offen. Insgesamt wurden 100 Fallen gezählt. Mit Hilfe des Scannens wurde festgestellt, dass sich etwas (Beute oder Müll) in den geschlossenen Fallen befand: Fallen mit der Bezeichnung "1", leere - "0".

Unter den geschlossenen Fallen wilder Fliegenfänger enthielten nur 24% Beute. Es wurde genau festgestellt, dass in 8 von 98 Fallen Müll war und 2 eindeutig Insekten enthielten (eine Ameise in einer und eine Spinne in der zweiten). 55 ± 5% der Fallen waren offen und konnten Beute fangen (lebende, intakte Blätter). Der Prozentsatz der geschlossenen Fallen mit Beute im Inneren variierte je nach betrachteter Pflanze zwischen 0 und 50%. In 5 Pflanzen betrug dieser Indikator 0%, in fünf weiteren - von 0 bis 33% und in vier weiteren - 34-50%.

Das Laborexperiment umfasste gewachsene Pflanzen und gekaufte Grillen, die in freier Wildbahn etwa 10% der Nahrung des Fliegenfängers ausmachen. Alle an den Tests teilnehmenden Insekten waren gesund, alle sechs Beine waren an Ort und Stelle. Ihre Länge lag zwischen 7 und 23 mm und das Gewicht zwischen 0,026 und 0,420 Gramm. Im Labortest wurden alle Fallen auf die gleiche Weise wie bei Beobachtungen in freier Wildbahn gekennzeichnet: geschlossen, aber leer - „0“, geschlossen und mit Beute im Inneren - „1“. Trap-Tests fanden 3 Tage und 1 Woche nach Testbeginn statt.


Bild Nr. 1: a - Falle mit Randstacheln, b - Falle ohne Stacheln, c - Laborexperiment (1 Pflanze in einem Wasserbehälter, 1 Grille und Gangway, damit ein Insekt leichter zur Pflanze gelangen kann).

Nach dem ersten Ansatz entfernten die Wissenschaftler die Randspitzen aus den geschlossenen Fallen ( 1b ). Danach erhielt die Pflanze 1 Woche Zeit, um die Falle wiederherzustellen und zu öffnen.

Nachdem die Fallen wieder geöffnet wurden (bereits ohne Spikes), wurde die zweite Teststufe mit einem neuen Cricket durchgeführt. Insgesamt wurden 51 Testläufe mit 34 Pflanzen durchgeführt: 17 Pflanzen - Beobachtungen ohne Manipulation durch Menschen und weitere 17 - Beobachtungen vor und nach dem Entfernen von Dornen. Es gab auch zwei Arten von Kontrollansätzen: 5 mit totem Cricket und 2 ohne Insekt. Somit konnte überprüft werden, dass das Schließen von Fallen ausschließlich aufgrund lebender Grillen und nicht in zufälliger Reihenfolge erfolgt.

Unter den nicht manipulierten Pflanzenfallen fingen nur 16,5% das Insekt erfolgreich. Die Spike-Cut-Fallen erholten sich nach 4 Tagen, aber nur 5,8% von ihnen konnten Beute fangen. Das Verfahren zum Entfernen von Dornen, dh zur physischen Schädigung des Pflanzengewebes, hatte jedoch keine negativen Auswirkungen. Die Schließgeschwindigkeit, das Pflanzenwachstum und der Allgemeinzustand unterschieden sich also nicht bei unberührten Pflanzen und Pflanzen mit entfernten Dornen. Außerdem begannen die Spitzen nach 1 Woche wieder zu wachsen.

Die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Jagd mit entfernten Stacheln verringerte sich im Vergleich zu unberührten Fallen um 90%.


Bild Nr. 2: Ergebnisse der Jagd auf Fliegenfänger in freier Wildbahn (obere Grafik), im Labor (zweite und dritte Grafik) und in einem Hybridexperiment (untere Grafik).

Beobachtungsdaten zeigen jedoch bereits, dass bei großen Produktionsgrößen die Vorteile von Spikes stark reduziert sind. Ein lineares Modell mit gemischten Effekten zeigte, dass das Gewicht der Beute der entscheidende Faktor für den Erfolg der Jagd ist. Bei einer Zunahme des Insektengewichts von nur 0,1 g verringert sich die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Fangens um 73%.

Natürlich sind auch die Abmessungen der Fallen selbst sehr wichtig. Mit einer Verlängerung der Falle um 1 cm erhöht sich die Chance auf eine schmackhafte Mahlzeit für die Pflanze um das 2,9-fache. In diesem Fall spielt das Vorhandensein oder Fehlen von Randspitzen keine Rolle.


Bild Nr. 3: Der Erfolg der Jagd auf intakte Pflanzen (links) und Pflanzen mit entfernten Dornen (rechts). Z-Achse - Wahrscheinlichkeit des Einfangens der Beute (blau-rote Farbabweichung von Minimum zu Maximum) in Abhängigkeit vom Gewicht der Beute (X-Achse) und der Fanglänge (Y-Achse).

Wie wir in der obigen Grafik sehen können, ist die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Erfassung aus einer Falle ohne Spitzen (die Grafik rechts) klein genug, wenn das Produktionsgewicht und die Länge der Falle ebenfalls gering sind. Mit größerem Gewicht und größerer Länge ist dieser Indikator jedoch mit Pflanzen vergleichbar, deren Dornen an Ort und Stelle geblieben sind.

Das Hybridexperiment war ein Ortswechsel vom Labor zum North Carolina Botanical Garden, wo 22 Fliegenfänger gepflanzt wurden. Jede Pflanze hatte 50/50 makellose und dornlose Fallen (die Entfernung erfolgte im Labor vor dem Pflanzen im Garten, danach wurde die Pflanze restauriert und die Fallen geöffnet). Die Beobachtungen dauerten 4 Wochen, Wissenschaftler zeichneten alle Daten auf: die Größe der gefangenen Beute oder des Mülls, der in die Falle fiel, die Größe der geschlossenen Fallen, die Häufigkeit des Schließens / Öffnens usw.

Pflanzen im Botanischen Wald zeigten keine sehr hohen Ergebnisse bei der erfolgreichen Beutefangnahme: 13,3% in unberührten Fallen und 9,2% in Fallen ohne Stacheln. Diese Ergebnisse sind jedoch denen sehr ähnlich, die Wissenschaftler unter kontrollierten Laborbedingungen beobachteten. Darüber hinaus wurde, wie aus der Grafik in Bild 2 ersichtlich, die größte Erfolgswahrscheinlichkeit gerade bei mittelgroßer Produktion beobachtet.


Bild Nr. 4: Zeitaufwand für das Schließen der 1., 2., 3. und 4. Falle.

Die Wissenschaftler haben auch die Geschwindigkeit des Schließens der Falle während des ersten, zweiten und dritten Ansatzes gemessen. Während des ersten Schließens betrug die Geschwindigkeit ungefähr 283 ± 29 ms, während des zweiten - 383 ± 43 ms und während des dritten - 528 ± 62 ms. Diese wenigen Fallen, die bis zum vierten Verschluss überlebten, zeigten eine signifikante Abnahme der Geschwindigkeit auf 772 ± 374 ms. Wie wir bereits wissen, können Fallen von Fliegenfallen nicht unendlich oft geschlossen / geöffnet werden. Während der Studie überlebten nur 38 der 50 Fallen nach dem zweiten Verschluss, 25 von 38 - nach dem dritten - und nur 4 Fallen überlebten bis zum Ende des 4-wöchigen Hybridexperiments.

Für eine detailliertere Untersuchung der Studie empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern zu lesen .

Nachwort

Wissenschaftler stellen fest, dass die Bedeutung von Randspitzen in Fallen nicht so groß ist, wie es vorher schien. Besonders wenn es um große Fallen und / oder große Beute geht. Beobachtungen zeigten, dass Grillen sehr oft genau auf die Stacheln der Falle klettern (nicht innerhalb der Falle). Wenn sich die Falle schließt, kann die Grille Druck auf die Spikes ausüben und leicht herauskommen. Wenn sich auf einer großen Falle keine Dornen befinden, gibt es nichts zu drücken, daher bleibt die Grille in einer Falle. Es stellt sich heraus, dass die Spikes als Fluchtwerkzeug für große Insekten dienen.

Bei kleiner Beute ist alles klar: Wenn sie das Schließen der Falle provoziert, tritt sie durch die Öffnungen zwischen den Stacheln aus. Somit öffnet sich die Falle wieder, ohne Energie für die Verdauung von Mangelernährungsnahrung aufzuwenden. Im Falle einer großen Beute scheint es, dass die Fliegenfänger nur zu glücklich sind, sich an jemandem zu erfreuen, der groß und saftig ist. Ich fing eine große Vogelspinne und verdaute mich ruhig, ohne sozusagen über die Suche nach Nahrung nachzudenken. In der Praxis sieht jedoch alles anders aus - eine große Beute verwendet Stacheln, um herauszukommen. Die Wissenschaftler wiederum werden weiter forschen, um zu verstehen, ob dies ein Nachteil für Fliegenfallen ist oder ob es sich immer noch um einen gut durchdachten Evolutionsmechanismus handelt, der den Fang bestimmter Größen sicherstellt.

Wie dem auch sei, diese Studie ermöglichte es uns, das Leben von Raubpflanzen unter dem Prisma mathematischer Messungen und Berechnungen zu betrachten und zu verstehen, dass nicht alle evolutionären Geräte einen offensichtlichen Zweck haben. Die Welt der Flora und Fauna ist voller Geheimnisse und Geheimnisse, die wir noch lösen müssen.



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