Біологи з’ясували механізм швидкого закриття пастки для комах у венериної мухоловки: секундне розслаблення стінок її клітин із зовнішнього боку змушує обидві частини пастки вигнутися всередину. Досі закриття пастки в цієї рослини пояснювали рухом води між клітинами, але цей процес виявився надто повільним. Водночас з’ясований новий механізм може допомогти у розробці м’якотілих роботів, які використовуватимуть для руху мінімум енергії. Дослідження опублікували в журналі Science.
Пастка венериної мухоловки в напівзакритому та закритому станах. Jeanne Bourdier, Corentin Mollier
Як венерина мухоловка захоплює своїх жертв?
Ще з часів Чарльза Дарвіна, який досліджував швидкий рух у рослин, зокрема у венериної мухоловки (Dionaea muscipula), науковці намагалися пояснити швидке закриття її пастки. Загальний механізм описують так: коли пастка відкрита, доторк комахи до її чутливих волосків породжує потенціал дії — хімічний сигнал, який призводить до подальших змін конфігурації пастки з відкритого, коли її лопаті вигнуті назовні, до закритого, коли вони вигнуті всередину. Спершу пастка доволі повільно, приблизно за секунду, переходить до проміжного напівзакритого положення, а потім швидко, за 0,1-0,2 секунди, закривається через напруження, яке виникає у внутрішніх частинах пастки.
Для пояснення того, як пастка переходить із відкритого в проміжне положення, запропонували дві гіпотези: наповнення клітин зовнішнього шару пастки водою, через що вони набрякають і збільшуються, закручуючи її всередину, або ж розслаблення клітинної стінки, через яке натяг внутрішніх частин пастки змушує її закриватися. Перевірити ці дві гіпотези вирішили науковці Екс-Марсельського університету.
Як перевіряли механізм закриття пастки мухоловки?
Спершу науковці досліджували те, як швидко закривається пастка мухоловки. Як і в попередніх дослідах, науковці показали, що спершу відбувається повільна ініціація закриття, а коли пастка доходить до критичної точки, то її лопаті швидко складаються — приблизно за 0,21 секунди. Щоб вилучити це швидке складання й дослідити тільки початковий етап закривання пастки, науковці порізали лопаті на тонкі смужки, перпендикулярні до центральної осі. Такі смужки закривалися здебільшого через дію на них тих сил, що впливають на зовнішній бік лопатей, і це зайняло на порядок більше часу, приблизно 3,11 секунди.
Закриття цілої пастки венериної мухоловки та після того, як її порізали на смужки. Jeongeun Ryu, Mathieu Colombani, Corentin Mollier, Joêl Marthelot, Yoël Forterre
Далі науковці вивчали те, скільки часу займає транспорт води до зовнішніх шарів пастки та розслаблення клітинних стінок у цих шарах, порівнюючи це з часом закривання не порізаної пастки. Як виявилося, для переміщення води крізь одну клітину потрібно приблизно 3,71 секунди, тобто для проходження рідини з внутрішніх до зовнішніх шарів лопаті пастки потрібно щонайменше 30 секунд, що набагато довше за час реагування рослини на подразник. Водночас вимірювання жорсткості клітинної стінки цих рослин показало, що за секунди після доторку до чутливих волосків жорсткість клітинних стінок у зовнішньому шарі лопатей пастки різко знижувалася. Завдяки цьому пастка й закривалася, адже внутрішні шари тягнули лопаті, щоб ті загиналися всередину.
Що ще не дізналися про венерину мухоловку?
Хоча науковці виключили внесок перенесення води крізь всю товщину лопаті пастки, можливо, воно відбувається між сусідніми клітинами та доповнює механізм розслаблення клітинних стінок. Водночас дослідники не до кінця дослідили, як саме відбувається саме розслаблення клітинних стінок.
Тому подальші дослідження того, які саме зміни в клітинах призводять до розслаблення їхньої стінки, допоможуть краще зрозуміти поведінку й інших комахоїдних рослин. На додачу до цього, венерина мухоловка може стати модельним організмом для вивчення механічних властивостей клітин загалом і створення м’яких роботів із подібним механізмом руху.
А що вже знали про венерину мухоловку
🧲 Під час закриття та відкриття пастки мухоловки вона виявилася здатною генерувати слабке магнітне поле.
🔥 Волоски на поверхні пастки розпізнали пожежу, через що сама пастка закрилася для захисту від вогню.
🧪 А на основі механізму, завдяки якому мухоловка закриває свою пастку, розробили стрибучий полімерний гель.
