Terrible prison: une étude des pointes marginales d'une attrape-mouche de Vénus

Le vendredi est un beau jour où les jours gris se terminent (pardonnez-moi de verser du sel sur la plaie pour ceux qui travaillent le samedi / dimanche), le week-end tant attendu nous attend, et nous avons le temps de faire quelque chose d'agréable et d'intéressant: lire un livre qui a déjà collecté une couche record de poussière; rendre visite à des parents s'ils se souviennent encore de vous; dormir, se réveiller le matin non d'un terrible réveil, mais de façon naturelle; arrosez une fleur dans un pot, qui évoluera bientôt en cactus, tumbleweed ou monstre carnivore, comme dans le film "Little Shop of Horrors". Dans ce film, la plante tueuse est une création fictive, mais elle a un ancêtre dans le monde réel - les plantes prédatrices, en particulier, le flytrap vénus. Cette plante est Jason Voorhees dans le monde des insectes. Et tout comme une machette est caractéristique de Jason, ses épines marginales (marginales) sont caractéristiques d'un moucherolle. Aujourd'hui, nous vous rencontrerons une étude dans laquelle les scientifiques ont décidé de vérifier l'importance de ces pointes dans la capture de proies. Naturellement, ils sont importants - vous dites, et vous avez raison, mais les résultats de l'étude n'ont pas été sans surprise. Nous ne tirerons pas le moustique par la trompe et ne plongerons pas dans le rapport pour clarification. Allons-y.

Horrible prison

Nous connaissons tous le concept de la photosynthèse, qui se réfère au processus chimique de conversion de l'énergie lumineuse en énergie de composés chimiques. Cependant, toutes les plantes n'apprécient pas le régime solaire, ou plutôt, tout le monde ne peut pas se nourrir exclusivement de cette manière en raison de certaines conditions climatiques et du lieu de croissance. Si vous voulez vivre, pouvoir filer, dans ce cas, évoluer dans le cauchemar de toutes les mouches. En d'autres termes, les plantes carnivores, en plus du régime «classique», obtiennent les substances nécessaires (par exemple, l'azote) en digérant les insectes (ou d'autres créatures malchanceuses). Au total, il existe environ 630 espèces de plantes prédatrices qui poussent dans presque toutes les régions de la planète et diffèrent à la fois par la méthode de chasse et par les préférences gastronomiques.

Selon le type de pêche, les proies peuvent être divisées en deux types principaux: actives et passives. Les premiers possèdent des pièces mobiles (comme notre héroïne actuelle, le moucherolle), et les seconds possèdent des sécrétions collantes à la surface des feuilles ou des conteneurs où la victime tombe seule.


Biblis géant

Les plus grands représentants des plantes prédatrices sont les géants biblis et nepentes. Le biblis géant ressemble à un arbuste ordinaire avec de très belles fleurs, mais cette plante est très insidieuse - toutes ses feuilles et tiges sont couvertes de petits poils (environ 300000 pièces sur 1 feuille) et de glandes qui sécrètent du jus. Ce nectar attire une victime qui, après avoir aspiré à la nourriture gratuite, devient elle-même, collant étroitement aux poils. Dans le même temps, le jus sécrété par la plante n'est pas seulement un appât, mais aussi un outil de digestion. Les victimes bibliques peuvent être des insectes et des escargots, ainsi que de petits amphibiens ou des oiseaux débarqués sans succès.


La relation symbiotique entre Nepentes et une araignée utilisant le réservoir de la plante comme lieu de «pêche».

Le deuxième nom de Nepentes est le lanceur, qui parle directement de la méthode de capture des proies. Nepentes a deux types de feuilles: ordinaires et inhabituelles, qui forment une cruche suspendue dans l'air remplie de nectar. Les bords de cette cruche sont également recouverts de nectar, donc l'insecte attiré par son odeur s'assoit et roule, où il est digéré par la plante. Mais Nepentes est différent des autres plantes prédatrices, il n'est pas seulement un tueur en série, mais aussi un bon ami si vous êtes stupide. Ce petit animal se nourrit du nectar de la plante et utilise son piège à cruche comme pot de nuit. Les déchets sont digérés et donnent à la plante les nutriments nécessaires.


Même dans la floraison d'un piège à mouches, il y a une logique: les fleurs s'épanouissent sur une longue tige à l'écart des pièges afin de protéger les insectes pollinisateurs d'un accident industriel.

Et enfin, les prédateurs actifs. Le plus célèbre d'entre eux est le moucherolle. Ses feuilles au bout d'une tige mince ressemblent à un piège ou à une bouche ouverte, affamée et très grasse. L'intérieur du piège est recouvert de poils fins et très sensibles, que la victime active la fermeture du piège. Mais une telle méthode d'activation n'est pas la plus efficace, vous pensez. Et si le vent soufflait ou qu'il commençait à pleuvoir et que les cheveux avaient été touchés par accident? Mais ne vous inquiétez pas, car ce piège à piège à mouches a perfectionné le mécanisme pendant de nombreuses années d'évolution. Pour que les volets se ferment, il est nécessaire de toucher au moins 2 cheveux avec un intervalle ne dépassant pas 20 secondes. Dans ce cas, le processus de digestion, qui a lieu à l'intérieur du piège, ne commencera qu'après une stimulation répétée des poils sensibles. Ainsi, le moucherolle ne commencera pas le processus de digestion, par exemple, d'une feuille tombée, économisant ainsi de l'énergie pour une production réelle.

Le mécanisme de l'effondrement des pièges dans les pièges à mouches est basé sur des processus chimiques et cellulaires. Le rôle le plus important est joué par la turgescence tissulaire, c'est-à-dire l'état de stress des coquilles des cellules vivantes. Lorsque la victime stimule les poils sensibles, un potentiel d'action est généré en raison des ions potassium, qui se propagent le long des lobes des feuilles et stimulent les cellules. Lorsque le piège est ouvert, ses lobes sont courbés vers l'extérieur (il sera donc plus facile pour la victime de tomber dans le piège), et lorsque le piège se ferme, les lobes se plient dans la direction opposée. Ainsi, l'espace intérieur est formé. La victime vivante ne restera pas immobile, mais bougera constamment, essayant de sortir. Mais ici, comme dans un marais - plus vous bougez, plus vite vous vous noierez. Un mouvement constant de la victime stimule les poils, ce qui conduit à la libération de l'enzyme digestive. Si la proie s'est avérée plus intelligente et plus rapide et a pu s'échapper, le piège qui a été fermé en vain ne s'ouvrira qu'après 2-3 jours.

Un aspect important du fonctionnement des pièges est leur fragilité et leur déformation. Le fait de claquer les parts de feuille dans le blanc conduit au fait que dans les temps suivants, le piège se fermera plus lentement et l'angle de l'état ouvert sera beaucoup plus petit. Comme nous le comprenons, de tels changements peuvent grandement affecter la capture des proies et donc entraîner la mort de la plante à cause de la faim. De plus, après plusieurs fermetures, les pièges s'éteignent assez rapidement.


Faits réels: plantes carnivores. La vidéo contient beaucoup d'humour noir et un langage obscène.

Un rôle important dans la capture de proies pour les moucherolles est joué par des pointes de bord qui empêchent la victime de s'échapper du piège à estomac. Cependant, comme pour les poils sensibles, ces pointes ne sont pas si simples.

L'étude en question est basée sur les hypothèses de Charles Darwin, qui fut le premier à décrire le mécanisme de chasse d'un piège à mouches Vénus, qualifiant son piège de «terrible prison». Il a suggéré que les pointes sont importantes non seulement pour garder la proie, mais aussi comme méthode particulière de «filtrage». En d'autres termes, une proie trop petite, dont les avantages nutritionnels ne seront pas suffisants, peut sortir entre les pointes, et une proie trop grande révélera simplement les fractions de la feuille et s'enfuira également. Dans les premier et deuxième cas, la consommation d'énergie d'un moucherolle pour de tels types de proies ne serait pas comparable à l'énergie résultante de leur digestion. En conséquence, les pointes d'une attrape-mouche lui permettent d'attraper des proies d'une certaine taille. Cependant, malgré le fait que plus de 100 ans se soient écoulés depuis les découvertes de Darwin, personne n'a testé ses hypothèses dans la pratique. C'est exactement ce que les scientifiques ont décidé de faire dans leur étude.

Une telle attention de la part des scientifiques, Venus flytrap, ne le savait pas encore. Les chercheurs ont mesuré l'efficacité de capture des proies, les temps de fermeture des pièges et l'influence des pointes de bordure à la fois dans la nature et en laboratoire. En outre, les scientifiques ont testé l'efficacité du piège sans pointes, les ayant préalablement retirés.

Résultats de recherche

Des observations de plantes ont été réalisées à l'état sauvage (marais verts en Caroline du Nord, USA), en laboratoire et en conditions hybrides. Les marais verts sont l'une des rares zones où l'on trouve encore des espèces endémiques de moucherolles. Les scientifiques ont identifié 14 plantes individuelles, dont ils ont divisé les pièges en 4 catégories: vivants et fermés, morts et fermés, vivants et ouverts, morts et ouverts. Au total, 100 pièges ont été dénombrés. À l'aide de la numérisation, il a été établi que quelque chose (proie ou ordures) se trouvait à l'intérieur des pièges fermés: des pièges avec quelque chose désigné par "1", des vides - "0".

Parmi les pièges fermés de moucherolles sauvages, seulement 24% contenaient des proies. Il a été précisément réussi à établir que dans 8 pièges sur 98 il y avait des ordures, et 2 contenaient clairement des insectes (une fourmi dans une et une araignée dans la seconde). 55 ± 5% des pièges étaient ouverts et capables de capturer des proies (feuilles vivantes et intactes). Le pourcentage de pièges fermés avec des proies à l'intérieur variait de 0 à 50% selon la plante individuelle considérée. Dans 5 usines, cet indicateur était de 0%, dans cinq autres - de 0 à 33%, et dans quatre autres - 34 à 50%.

L’expérience de laboratoire a impliqué des plantes cultivées et acheté des grillons qui, à l’état sauvage, occupent environ 10% du régime alimentaire du moucherolle. Tous les insectes participant aux tests étaient sains, les six pattes en place. Leur longueur variait de 7 à 23 mm et leur poids - de 0,026 à 0,420 grammes. Dans le test de laboratoire, tous les pièges ont été étiquetés de la même manière que dans les observations dans la nature: fermés mais vides - «0», fermés et avec des proies à l'intérieur - «1». Le test des pièges a eu lieu 3 jours et 1 semaine après le début du test.


Image n ° 1: a - piège avec pointes de bord, b - piège sans pointes, c - expérience de laboratoire (1 plante dans un récipient d'eau, 1 grillon et passerelle pour faciliter l'accès d'un insecte à la plante).

Après la première approche, les scientifiques ont retiré les pointes de bord des pièges fermés ( 1b ). Après cela, la plante a eu 1 semaine pour restaurer et ouvrir le piège.

Après la réouverture des pièges (déjà sans pointes), la deuxième étape de test a été effectuée à l'aide d'un nouveau cricket. Au total, 51 essais ont été effectués avec 34 plantes: 17 plantes - observations sans manipulation par l'homme et 17 autres - observations avant et après le retrait des épines. Il y avait également deux types d'approches de contrôle: 5 avec un grillon mort et 2 sans aucun insecte. Ainsi, il a été possible de vérifier que la fermeture des pièges se produit uniquement à cause des grillons vivants, et non dans un ordre aléatoire.

Parmi les pièges à plantes non manipulés, 16,5% seulement ont réussi à attraper l'insecte. Les pièges à pics se sont rétablis après 4 jours, mais seulement 5,8% d'entre eux ont pu attraper des proies. Cependant, la procédure d'élimination des épines, c'est-à-dire les dommages physiques aux tissus végétaux, n'a pas eu d'effet négatif. Ainsi, la vitesse de fermeture, la croissance et l'état général des plantes ne différaient pas chez les plantes vierges et les plantes avec des épines enlevées. De plus, après 1 semaine, les pointes ont commencé à repousser.

La probabilité d'une chasse réussie avec des pointes enlevées a diminué de 90% par rapport aux pièges vierges.


Image n ° 2: résultats de la chasse aux moucherolles à l'état sauvage (graphique supérieur), en laboratoire (deuxième et troisième graphique) et dans une expérience hybride (graphique inférieur).

Cependant, les données d'observation indiquent déjà qu'avec de grandes tailles de production, les avantages d'avoir des pointes sont considérablement réduits. Un modèle linéaire aux effets mixtes a montré que le poids des proies est le facteur déterminant du succès de la chasse. Ainsi, avec une augmentation du poids des insectes de seulement 0,1 g, la probabilité d'une capture réussie est réduite de 73%.

Naturellement, les dimensions des pièges eux-mêmes sont également très importantes. Avec une augmentation de 1 cm de la longueur du piège, les chances d'un repas savoureux pour la plante augmentent de 2,9 fois. Dans ce cas, la présence ou l'absence de pics marginaux n'a pas d'importance.


Image n ° 3: le succès de la chasse aux plantes intactes (à gauche) et aux plantes avec épines enlevées (à droite). Axe Z - probabilité de capture des proies (variation de couleur bleu-rouge du minimum au maximum) en fonction du poids de la proie (axe X) et de la longueur du piège (axe Y).

Comme nous pouvons le voir dans le graphique ci-dessus, la probabilité d'une capture réussie d'un piège sans pointes (le graphique à droite) est suffisamment petite lorsque le poids des proies et la longueur du piège sont également faibles. Mais avec un poids et une longueur plus importants, cet indicateur est comparable aux plantes dont les épines sont restées en place.

L'expérience hybride était un changement de lieu du laboratoire au jardin botanique de Caroline du Nord, où 22 moucherolles ont été plantés. Chaque plante avait 50/50 pièges vierges et sans épines (l'enlèvement a été effectué en laboratoire avant la plantation dans le jardin, après quoi la plante a été restaurée et les pièges ouverts). Les observations ont duré 4 semaines, les scientifiques ont enregistré toutes les données: la taille des proies capturées ou des ordures tombées dans le piège, la taille des pièges fermés, la fréquence de fermeture / ouverture, etc.

Les plantes de la forêt botanique ont montré des résultats peu élevés dans la capture réussie de proies: 13,3% dans des pièges vierges et 9,2% dans des pièges sans épis. Cependant, ces résultats sont très similaires à ceux que les scientifiques ont observés dans des conditions de laboratoire contrôlées. De plus, comme le montre le graphique de l'image 2, la plus grande probabilité de succès a été observée précisément dans le cas d'une production de taille moyenne.


Image n ° 4: temps requis pour la fermeture des 1er, 2e, 3e et 4e pièges.

Les scientifiques ont également mesuré le taux de fermeture des pièges lors des première, deuxième et troisième approches. Lors de la première fermeture, la vitesse était d'environ 283 ± 29 ms, pendant la seconde - 383 ± 43 ms et pendant la troisième - 528 ± 62 ms. Les quelques pièges qui ont survécu à la quatrième fermeture ont montré une diminution significative de la vitesse à 772 ± 374 ms. Comme nous le savons déjà, les pièges des pièges à mouches ne peuvent pas être fermés / ouverts infiniment de fois. Au cours de l'étude, seulement 38 des 50 pièges ont survécu après la deuxième fermeture, 25 sur 38 - après la troisième, et seulement 4 pièges ont survécu jusqu'à la fin de l'expérience hybride de 4 semaines.

Pour une connaissance plus détaillée de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques .

Épilogue

Les scientifiques notent que l'importance des pics marginaux dans les pièges n'est pas aussi grande qu'elle le semblait auparavant. Surtout quand il s'agit de grands pièges et / ou de grosses proies. Les observations ont montré que les grillons grimpent très souvent précisément sur les pointes du piège (et non à l'intérieur du piège). Lorsque le piège se ferme, le grillon peut exercer une pression sur les pointes et sortir facilement. S'il n'y a pas d'épines sur un grand piège, alors il n'y a rien sur quoi appuyer, donc le grillon reste dans un piège. Il s'avère que les pointes servent d'outil d'échappement aux gros insectes.

Avec de petites proies, tout est clair: s'il provoque la fermeture du piège, il sortira par les ouvertures entre les pointes. Ainsi, le piège s'ouvrira à nouveau sans dépenser d'énergie pour digérer la malnutrition alimentaire. Dans le cas de grandes proies, il peut sembler que les moucherolles ne seront que trop heureux de se régaler de quelqu'un de gros et juteux. J'ai attrapé une grosse tarentule et me digère calmement, sans penser à la recherche de nourriture, pour ainsi dire. Cependant, dans la pratique, tout semble différent - une grande proie utilise des pointes pour sortir. Les scientifiques, à leur tour, continueront leurs recherches afin de bien comprendre s'il s'agit d'un inconvénient pour les pièges à mouches ou s'il s'agit toujours d'un mécanisme évolutif bien pensé qui garantit la capture de certaines tailles.

Quoi qu'il en soit, cette étude nous a permis de regarder la vie des plantes prédatrices sous le prisme des mesures et calculs mathématiques, et aussi de comprendre que tous les dispositifs évolutifs n'ont pas un objectif évident. Le monde de la flore et de la faune regorge de secrets et de mystères qu'il nous reste à résoudre.



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