Prisão terrível: um estudo dos picos marginais de uma armadilha de Vênus

Sexta-feira é um lindo dia em que os dias cinzentos terminam (perdoe-me por derramar sal na ferida para quem trabalha no sábado / domingo), o tão esperado fim de semana nos espera e temos tempo para fazer algo agradável e interessante: leia um livro que já coletou uma camada recorde de poeira; visite parentes se eles ainda se lembrarem de você; dormir, acordando de manhã não com um terrível despertador, mas de maneira natural; regar uma flor em uma panela, que logo evoluirá para um cacto, erva daninha ou monstro carnívoro, como no filme "Pequena loja dos horrores". Neste filme, a planta assassina é uma criação fictícia, mas tem um ancestral no mundo real - plantas predatórias, especificamente, a armadilha de venus. Esta planta é Jason Voorhees no mundo dos insetos. E assim como um facão é característico de Jason, seus espinhos marginais (marginais) são característicos de um papa-moscas. Hoje, encontraremos um estudo no qual os cientistas decidiram verificar a importância desses picos na captura de presas. Naturalmente, eles são importantes - você diz e está certo, mas os resultados do estudo não foram sem surpresas. Não puxaremos o mosquito pela tromba e mergulharemos no relatório para esclarecimentos. Vamos lá

Prisão terrível

Todos conhecemos o conceito de fotossíntese, que se refere ao processo químico de conversão de energia luminosa em energia de compostos químicos. No entanto, nem todas as plantas, como a dieta solar, ou melhor, nem todos podem se alimentar exclusivamente dessa maneira, devido a certas condições climáticas e ao local de crescimento. Se você quer viver, poderá girar, neste caso, evoluir para o pesadelo de todas as moscas. Em outras palavras, as plantas carnívoras, além da dieta "clássica", obtêm as substâncias necessárias (por exemplo, nitrogênio) digerindo insetos (ou outras criaturas que não têm sorte). No total, existem cerca de 630 espécies de plantas predadoras que crescem em quase todas as regiões do planeta e diferem tanto no método de caça quanto nas preferências gastronômicas.

De acordo com o tipo de pesca, as presas podem ser divididas em dois tipos principais: ativos e passivos. Os primeiros possuem partes móveis (como nossa heroína atual, o papa-moscas) e os segundos possuem secreções pegajosas na superfície de folhas ou recipientes onde a vítima cai por conta própria.


Biblis gigantes

Os maiores representantes de plantas predadoras são os gigantes biblis e nepentes. O biblis gigante se assemelha a um arbusto comum com flores muito bonitas, mas esta planta é muito traiçoeira - todas as suas folhas e caules são cobertos com pêlos pequenos (aproximadamente 300.000 peças em 1 folha) e glândulas que secretam suco. Esse néctar atrai uma vítima que, desejando comida de graça, torna-se ela mesma, grudando firmemente nos cabelos. Ao mesmo tempo, o suco secretado pela planta não é apenas uma isca, mas também uma ferramenta de digestão. As vítimas bíblicas podem ser insetos e caracóis, assim como pequenos anfíbios ou pássaros que pousaram sem sucesso.


A relação simbiótica de Nepentes e uma aranha usando o reservatório da planta como um local para "pescar".

O segundo nome de Nepentes é o arremessador, que fala diretamente sobre o método de captura de presas. Nepentes tem dois tipos de folhas: comuns e incomuns, que formam um jarro pendurado no ar cheio de néctar. As bordas deste jarro também são cobertas com néctar; portanto, o inseto atraído pelo cheiro se senta e rola, onde é digerido pela planta. Mas Nepentes é diferente de outras plantas predadoras, ele não é apenas um serial killer, mas também um bom amigo se você for burro. Este pequeno animal se alimenta do néctar da planta e usa sua armadilha de jarro como uma panela noturna. Os resíduos são digeridos e fornecem à planta os nutrientes necessários.


Mesmo na floração de uma armadilha de moscas, há lógica: as flores florescem em uma longa haste longe das armadilhas para proteger os insetos polinizadores de um acidente industrial.

E, finalmente, predadores ativos. O mais famoso deles é o papa-moscas. Suas folhas no final de uma haste fina se assemelham a uma armadilha ou a uma boca aberta, faminta e muito dentuça. Dentro da armadilha é coberto com pêlos finos e muito sensíveis, atingindo os quais a vítima ativa o fechamento da armadilha. Mas esse método de ativação não é o mais eficaz, você pensa. E se o vento soprou ou começou a chover, e o cabelo foi tocado por acidente? Mas não se preocupe, pois essa armadilha de armadilha flytrap aperfeiçoou o mecanismo por muitos anos de evolução. Para que as persianas se fechem, é necessário tocar pelo menos 2 cabelos com um intervalo de no máximo 20 segundos. Nesse caso, o processo de digestão, que ocorre dentro da armadilha, começará somente após estímulos repetidos dos cabelos sensíveis. Assim, o papa-moscas não iniciará o processo de digestão, por exemplo, uma folha caída, economizando energia para a produção real.

O mecanismo de colapso de armadilhas nas armadilhas é baseado em processos químicos e celulares. O papel mais importante é desempenhado pelo turgor tecidual, ou seja, o estado de estresse das conchas das células vivas. Quando a vítima estimula os cabelos sensíveis, é gerado um potencial de ação devido aos íons potássio, que se espalham pelos lobos das folhas e estimulam as células. Quando a armadilha está aberta, seus lobos são dobrados para fora (para que a vítima caia mais facilmente na armadilha) e, quando a armadilha fecha, os lobos dobram na direção oposta. Assim, o espaço interior é formado. A vítima viva não fica parada, mas se move constantemente, tentando sair. Mas aqui, como em um pântano - quanto mais você se move, mais rápido se afoga. O movimento constante da vítima estimula os cabelos, o que leva à liberação da enzima digestiva. Se a presa for mais inteligente e rápida e puder escapar, a armadilha que foi fechada em vão só será aberta após 2-3 dias.

Um aspecto importante da operação das armadilhas é a sua fragilidade e deformação. Colocar as ações da folha no espaço em branco leva ao fato de que, em tempos subsequentes, a armadilha fechará mais lentamente e o ângulo do estado aberto será muito menor. Como entendemos, essas mudanças podem afetar muito a captura de presas e, portanto, levar à morte da planta devido à fome. Além disso, após vários fechamentos, as armadilhas desaparecem com rapidez suficiente.


Fatos verdadeiros: plantas carnívoras. O vídeo contém muito humor negro e uma linguagem obscena.

Um papel importante na captura de presas para os papa-moscas é desempenhado por pontas que impedem a vítima de escapar da armadilha estomacal. No entanto, assim como os pêlos sensíveis, esses picos não são tão simples.

O estudo em questão baseia-se nas hipóteses de Charles Darwin, que foi o primeiro a descrever o mecanismo de caça de uma armadilha de venus, chamando sua armadilha de "uma prisão terrível". Ele sugeriu que os espigões são importantes não apenas para manter a presa, mas também como um método peculiar de "filtrá-la". Em outras palavras, uma presa muito pequena, cujos benefícios nutricionais não serão suficientes, pode sair entre os espinhos, e uma presa muito grande simplesmente revelará as frações da folha e também fugirá. Tanto no primeiro como no segundo casos, o consumo de energia de um apanhador de moscas para esses tipos de presas não seria comparável à energia resultante da digestão. Consequentemente, os picos de uma armadilha de mosca permitem capturar presas de um determinado tamanho. No entanto, apesar de mais de cem anos se passaram desde as descobertas de Darwin, ninguém testou suas hipóteses na prática. Isso é exatamente o que os cientistas decidiram fazer em seu estudo.

Essa atenção dos cientistas, armadilha de Vênus, ainda não sabia. Os pesquisadores mediram a eficiência da captura de presas, o tempo de fechamento das armadilhas e a influência dos picos nas bordas, tanto na natureza quanto no laboratório. Além disso, os cientistas testaram a eficiência da armadilha sem pontas, depois de removê-las.

Resultados da pesquisa

As observações das plantas foram realizadas na natureza (pântanos verdes na Carolina do Norte, EUA), em laboratório e em condições híbridas. Os pântanos verdes são uma das poucas áreas em que espécies endêmicas de papa-moscas ainda podem ser encontradas. Os cientistas identificaram 14 plantas individuais, cujas armadilhas foram divididas em 4 categorias: vivos e fechados, mortos e fechados, vivos e abertos, mortos e abertos. Foram contadas 100 armadilhas. Com a ajuda do escaneamento, foi estabelecido que algo (presa ou lixo) estava dentro das armadilhas fechadas: armadilhas com algo designado "1", vazios - "0".

Entre as armadilhas fechadas de papa-moscas selvagens, apenas 24% continham presas. Foi precisamente conseguido estabelecer que em 8 armadilhas de 98 havia lixo, e 2 continham claramente insetos (uma formiga em uma e uma aranha na segunda). 55 ± 5% das armadilhas estavam abertas e capazes de capturar presas (folhas vivas e intactas). A porcentagem de armadilhas fechadas com presas no interior variou de 0 a 50%, dependendo da planta individual em consideração. Em 5 plantas, esse indicador foi de 0%, em mais cinco - de 0 a 33% e em mais quatro - 34-50%.

O experimento de laboratório envolveu plantas cultivadas e grilos comprados, que na natureza ocupam cerca de 10% da dieta do papa-moscas. Todos os insetos participantes dos testes eram saudáveis, com as seis pernas no lugar. O comprimento variou de 7 a 23 mm e o peso - de 0,026 a 0,420 gramas. No teste de laboratório, todas as armadilhas foram rotuladas da mesma maneira que nas observações na natureza: fechadas, mas vazias - “0”, fechadas e com presas dentro - “1”. O teste de captura ocorreu 3 dias e 1 semana após o início do teste.


Imagem No. 1: a - armadilha com pontas de aresta, b - armadilha sem pontas, c - experimento de laboratório (1 planta em um recipiente de água, 1 críquete e corredor para facilitar a entrada de um inseto na planta).

Após a primeira abordagem, os cientistas removeram os picos de borda das armadilhas fechadas ( 1b ). Depois disso, a planta recebeu 1 semana para restaurar e abrir a armadilha.

Após a abertura das armadilhas (já sem espigões), a segunda etapa de teste foi realizada com um novo críquete. Um total de 51 ensaios foi realizado com 34 plantas: 17 plantas - observações sem manipulação por seres humanos e outras 17 - observações antes e após a remoção dos espinhos. Havia também dois tipos de abordagens de controle: 5 com críquete morto e 2 sem inseto. Assim, foi possível verificar que o fechamento das armadilhas ocorre apenas devido aos grilos vivos, e não em ordem aleatória.

Entre as armadilhas que não foram manipuladas, apenas 16,5% capturaram com sucesso o inseto. As armadilhas cortadas por espinhos se recuperaram após 4 dias, mas apenas 5,8% delas conseguiram capturar presas. No entanto, o procedimento para remover espinhos, ou seja, danos físicos aos tecidos vegetais, não teve um efeito negativo. Assim, a velocidade de fechamento, o crescimento das plantas e as condições gerais não diferiram nas plantas intocadas e nas plantas com espinhos removidos. Além disso, após 1 semana, os picos começaram a crescer novamente.

A probabilidade de uma caçada bem-sucedida com picos removidos diminuiu 90% em comparação com as armadilhas primitivas.


Imagem nº 2: resultados de caçadores de moscas selvagens (gráfico superior), em laboratório (segundo e terceiro gráfico) e em um experimento híbrido (gráfico inferior).

No entanto, dados observacionais já indicam que, com grandes tamanhos de produção, os benefícios de ter picos são bastante reduzidos. Um modelo linear com efeitos mistos mostrou que o peso da presa é o fator determinante no sucesso da caça. Assim, com um aumento no peso de insetos de apenas 0,1 g, a probabilidade de captura bem-sucedida é reduzida em 73%.

Naturalmente, as dimensões das próprias armadilhas também são muito importantes. Com um aumento no comprimento da armadilha em 1 cm, a chance de uma refeição saborosa para a planta aumenta 2,9 vezes. Nesse caso, a presença ou ausência de picos marginais não importa.


Imagem No. 3: o sucesso de caçar plantas intactas (esquerda) e plantas com espinhos removidos (direita). Eixo Z - probabilidade de captura da presa (variação de cor azul-vermelha do mínimo ao máximo), dependendo do peso da presa (eixo X) e do comprimento da armadilha (eixo Y).

Como podemos ver no gráfico acima, a probabilidade de uma captura bem-sucedida de uma armadilha sem espigões (o gráfico à direita) é pequena o suficiente quando o peso e o comprimento de produção da armadilha também são pequenos. Mas com maior peso e maior comprimento, esse indicador é comparável a plantas cujos espinhos permaneceram no lugar.

O experimento híbrido foi uma mudança de localização do laboratório para o Jardim Botânico da Carolina do Norte, onde foram plantados 22 papa-moscas. Cada planta tinha 50/50 armadilhas intocadas e sem espinhos (a remoção foi realizada em laboratório antes do plantio no jardim, após o que a planta foi restaurada e as armadilhas abertas). As observações duraram 4 semanas, os cientistas registraram todos os dados: o tamanho da presa ou do lixo capturado na armadilha, o tamanho das armadilhas fechadas, a frequência do fechamento / abertura, etc.

As plantas da floresta botânica não apresentaram resultados muito altos na captura bem-sucedida de presas: 13,3% em armadilhas imaculadas e 9,2% em armadilhas sem espigões. No entanto, esses resultados são muito semelhantes aos observados pelos cientistas sob condições controladas de laboratório. Além disso, como pode ser visto no gráfico da imagem 2, a maior probabilidade de sucesso foi observada precisamente no caso da produção de médio porte.


Imagem nº 4: tempo necessário para o 1º, 2º, 3º e 4º fechamento da armadilha.

Os cientistas também mediram a taxa de fechamento de armadilhas durante a primeira, segunda e terceira abordagens. Durante o primeiro fechamento, a velocidade foi de aproximadamente 283 ± 29 ms, no segundo - 383 ± 43 ms e no terceiro - 528 ± 62 ms. As poucas armadilhas que sobreviveram ao quarto fechamento mostraram uma diminuição significativa na velocidade para 772 ± 374 ms. Como já sabemos, armadilhas de armadilhas não podem ser fechadas / abertas infinitamente muitas vezes. Durante o estudo, apenas 38 das 50 armadilhas sobreviveram após o segundo fechamento, 25 das 38 - após a terceira, e apenas 4 armadilhas sobreviveram até o final do experimento híbrido de quatro semanas.

Para um conhecimento mais detalhado do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas .

Epílogo

Os cientistas observam que a importância dos picos marginais nas armadilhas não é tão grande quanto parecia antes. Especialmente quando se trata de grandes armadilhas e / ou presas grandes. Observações mostraram que os grilos frequentemente sobem com precisão nos espigões da armadilha (não dentro dela). Quando a armadilha fecha, o grilo pode pressionar os espigões e sair facilmente. Se não houver espinhos em uma armadilha grande, não há nada para pressionar; portanto, o grilo permanece em uma armadilha. Acontece que os espigões servem como uma ferramenta de escape para insetos grandes.

Com presas pequenas, tudo fica claro: se provocar o fechamento da armadilha, ela sairá pelas aberturas entre os espigões. Assim, a armadilha se abrirá novamente sem gastar energia na digestão de alimentos desnutridos. No caso de presas grandes, pode parecer que os papa-moscas ficarão felizes em se deliciar com alguém grande e suculento. Peguei uma grande tarântula e me digeri calmamente, sem pensar na busca por comida, por assim dizer. No entanto, na prática, tudo parece diferente - uma grande presa usa espinhos para sair. Os cientistas, por sua vez, continuarão pesquisando para entender completamente se isso é uma desvantagem para as armadilhas ou se ainda é um mecanismo evolutivo bem pensado que garante a captura de determinados tamanhos.

Seja como for, este estudo nos permitiu examinar a vida de plantas predadoras sob o prisma de medições e cálculos matemáticos, e também entender que nem todos os dispositivos evolutivos têm um objetivo óbvio. O mundo da flora e da fauna está cheio de segredos e mistérios que ainda temos que resolver.



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