Насекомоядные растения

Насекомоядные растения (используются также термины хищные растения и плотоядные растения) — собирательное название около 630 видов растений из 19 семейств , которые приспособились к ловле и перевариванию небольших животных, в основном насекомых. Таким образом, они дополняют свое нормальное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного питания. В результате насекомоядные растения менее зависят от почвенного неорганического азота, необходимого для синтеза их собственных белков.

Насекомоядные — преимущественно многолетние травянистые растения, встречающиеся во всех частях света. На территории СНГ встречаются 18 видов из четырёх родов, относящихся к двум семействам, росянковых и пузырчатках.

Считается, что истинные насекомоядные растения эволюционировали независимо друг от друга в пяти различных группах цветковых растений.

Исторические сведения и изучение

Насекомоядные растения стали известны в XVIII столетии. Первое точное ботаническое описание венериной мухоловки было сделано английским натуралистом Джоном Эллисом в письме к Карлу Линнею в 1769 году. В этом письме Эллис впервые предположил, что пойманные насекомые служат пищей для растений.

В 1782 году немецкий врач А. В. Рот описал своеобразные движения, совершаемые листьями росянки для ловли насекомых, и развил мысль Эллиса, что пойманные беспозвоночные являются источником пищи для таких растений.

Meal worm in Venus fly trap.jpg

В 1791 году У. Бартрам в книге о своих путешествиях по штатам Северной Америки описал растения рода Sarracenia, имевшие листья-кувшинчики для ловли насекомых. Он же впервые употребил термин «плотоядные растения».

В начале XIX века был описан ряд новых родов и видов, относящихся к данной группе растений. Так, Котлас в 1835 году описал явление насекомоядной у растений рода Непентес (Nepenthes).

Вскоре появились работы, посвящённые глубокому изучению особенностей подобных растений. В 1861 году Оже де Ляссю описал чувствительность к прикосновениям и движения листьев растений рода Альдрованда (Aldrovanda). В 1868 году американский учёный Уильям Кэнби [es] впервые указал на пищеварительные свойства сока, выделяемого железами на листьях венериной мухоловки.

Следующим этапом в изучении насекомоядных растений стала исследовательская работа Чарльза Дарвина, начатая с наблюдений за росянками в 1860 году. Тогда же Дарвин поставил ряд лабораторных опытов, переросших в исследование. Он изучал «вкусы» растений и составлял «меню». Дарвина привлекла способность растений переваривать пищу, их хватательные движения, высокая чувствительность к прикосновениям — то есть свойства, схожие с таковыми у животных. Впоследствии эти опыты стали серьёзной научной работой, вобравшей в себя множество уникальных наблюдений и смелых, но разумных выводов.

Эта работа так захватила Дарвина, что в письме к Лайелю он пишет:

В настоящее время Drosera интересует меня больше, чем происхождение всех видов на свете.

Дарвин долгое время не решался опубликовать результаты своих исследований. Лишь через 15 лет, когда они были дополнены другими исследователями, он издал книгу «Insectivorous Plants» (1875). Второе издание «Насекомоядных растений» с большими дополнениями, написанными его сыном, вышло после смерти Дарвина, в 1888 году.

Работа Чарльза Дарвина стала переломным пунктом в исследованиях насекомоядных растений. Как пишет К. Гибель (1893),

<…> едва ли какой-нибудь другой отдел ботаники в новейшее время привлекал к себе внимание более широких кругов, чем так называемые насекомоядные растения. Причиною этого была в особенности обширная работа Дарвина, давшая толчок к появлению многочисленных других работ.

Однако эта работа не сразу нашла признание среди учёных своего времени и подверглась жестокой критике, в большинстве случаев из-за их принципиальных расхождений с новой эволюционной теорией Дарвина. Директор Петербургского ботанического сада Ригель (1879) выразил мнение, что утверждение Дарвина о существовании в природе насекомоядных растений принадлежит к числу теорий,

Над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы, если бы оно не исходило от прославленного Дарвина. Мы надеемся, что холодный разум (der kuhle Verstand) и основательное наблюдение наших немецких исследователей скоро забросят эту теорию, подобно теориям первичного зарождения, партеногенеза, чередования поколений и т. п., в ящик научного хлама, который сами бывшие последователи таких теорий меньше всех захотят когда-либо открыть.

Однако до сих пор фундаментальная работа Дарвина является крупнейшим вкладом в изучение насекомоядных растений.

Эволюция

Данные об эволюции насекомоядных растений крайне скудны из-за малого числа ископаемых останков последних. Окаменелостей, большая часть которых представлена семенами или пыльцой, найдено недостаточно. Большинство представителей насекомоядных, будучи травянистыми растениями, лишены плотных структур, таких как кора или древесина, и сами ловчие образования, вероятно, не сохранились в виде окаменелостей.

Ботаническое описание

Насекомоядные — преимущественно многолетние травянистые растения, но также встречаются полукустарники и небольшие кустарники.

Самое крупное известное насекомоядное растение — библи гигантский (Byblis gigantea), небольшой (до полуметра) кустарник из семейства ибисовых, произрастающий в Австралии. Ловит не только насекомых, но также улиток и даже лягушек и ящериц. Непентесы — тропические лианы с одревесневшим стеблем, вырастают до четырёх метров в длину (Непентес крылатый).

Обитают преимущественно на заболоченных лугах и болотах, в воде пресных водоёмов. Один из видов росянок — руссоист (Drosophyllum), полукустарник высотой до 30 сантиметров, произрастающий в Северной Африке и на Пиренейском полуострове, живёт не на болотах, а на сухих песках. Местные крестьяне издавна используют это растение вместо липкой бумаги от мух, развешивая его внутри домов.

Используют животных как дополнительный источник фосфора, калия и других элементов. Насекомых ловят при помощи видоизменённых листьев — ловчих органов. Привлекают насекомых окраской, запахом или сладкими выделениями. На поверхности листьев имеются железы, выделяющие пищеварительные ферменты: пепсин и органические кислоты (муравьиную, бензойную и другие), которые переваривают пойманную жертву, расщепляя животные белки. Образующиеся в результате такого внеклеточного пищеварения продукты, в основном аминокислоты, всасываются и усваиваются.

Корневая система у наземных насекомоядных растений развита слабо, у водных обычно редуцирована. Однако все подобные растения могут существовать за счёт веществ, впитываемых из почвы или воды. Дополнительное питание животной пищей ускоряет развитие растений, способствует их переходу к цветению и плодоношению.

Как это работает

Насекомое, привлеченное сладким ароматом нектара, который выделяют специальные железы на перистоме и внутренней стороне крышечки, ничего не подозревая, садится на ловчий кувшин Непентеса, который, к её несчастью, увенчан рядом пластинок, похожих на лезвия коньков, покрытых воском, и соскальзывает внутрь кувшина. Стенки внутренней стороны кувшина покрыты микроскопическими восковыми пластинами, которые не позволяют насекомым выбраться наружу. В таких случаях не помогают ни цепкие коготки, ни липкие подушечки на лапках, которые забиваются воском и скользят. Внутри кувшина находится жидкость, при попадании в которую насекомое, пытаясь выбраться, машет крыльями и лапками, тем самым увлекая себя еще глубже на дно. Жидкость состоит из двух слоев. Верхний слой - это дождевая вода, нижний - коктейль из пищеварительных ферментов, которые выделяют специальные железы на дне кувшина. Эти ферменты достаточно сильны, что бы проникнуть сквозь хитиновый покров насекомого и растворить его внутренности, извлекая полезные для растения питательные вещества.

Распространение

Насекомоядные растения встречаются во всех экосистемах, где могут произрастать цветковые растения — от Арктики до тропиков и от уровня моря до альпийского пояса гор. Они известны на всех обитаемых континентах, с преимущественным распространением в областях с тёплым, умеренным и тропическим климатом.

На территории России в диком виде произрастают следующие насекомоядные растения:

Два вида рода Росянка (Drosera), растущие на торфяных (обычно сфагновых) болотах, — Росянка круглолистная, или обыкновенная (Drosera rotundifolia) и Росянка английская, или длиннолистая (Drosera anglica).

Альдрованда пузырчатая (Aldrovanda vesiculosa). Водное растение, встречается в центральных районах европейской части, на Кавказе и Дальнем Востоке.

Четыре вида рода Пузырчатка (Utricularia). Встречаются практически по всей стране (за исключением районов Крайнего Севера) в канавах, болотах, по мелководным местам прудов и озёр.

Шесть видов рода Жирянка (Pinguicula). Встречаются по берегам ручьев, на сфагновых болотах, некоторые как эпифиты на мхах и деревьях.

Механизмы и типы ловушек

Механизмы ловли

Все насекомоядные растения можно условно разделить на две группы по механизму ловли[8]:

• активно ловящие — с активно движущимися органами для ловли насекомых (росянка, мухоловка);

• пассивно ловящие;

• со слизистыми и клейкими выделениями на листьях, улавливающими насекомых (росист (Drosophyllum), жирянка (Pinguicula));

• с ловушками — кувшинчиками, пузырьками и тому подобным (пузырчатка, непентес, генлисия, саррацения).

Типы ловушек

Растения используют пять основных типов ловушек для ловли добычи[8]:

• ловчие листья в форме кувшинов;

• листья, которые смыкаются в виде капканов;

• липкие ловушки;

• засасывающие ловушки;

• ловушка типа крабовой клешни. Тип ловушки не зависит от принадлежности растения к определённому семейству.

Удивительные факты

Хотя непентесы являются коварными врагами насекомых, все же с некоторыми из них существует крепкая симбиотическая связь, приносящая немалую пользу обоим. Муравьи вида Polyrhachis pruinosa обладают уникальной способностью спускаться внутрь кувшина без угрозы для жизни и выбираться наружу. Даже попав в жидкость, они демонстрируют искусное мастерство пловца и с легкостью выбираются на внутренние стенки кувшина. Далее им приходится столкнуться с ещё одним препятствием - рядом заостренных внутрь пластин перистома. Не каждый муравей может преодолеть их с первой попытки, срываясь вниз. Порой такие попытки выбраться муравьи предпринимают по несколько раз. Взаимоотношения насекомого и растения заключаются в том, что эти муравьи извлекают умерших насекомых из кувшина, предотвращая замусоривание, и не позволяя процессам гниения нанести вред растению. Извлеченные насекомые идут на корм личинкам муравьев, которые нуждаются в протеине. Сами же муравьи питаются нектаром, который служит приманкой для одних насекомых и сладким поощрением для муравьев этого вида.

Nepenthes rafflesiana

Существуют и другие виды симбиоза Непентесов и насекомых. Например, некоторые виды москитов откладывают яйца в недавно выросшие кувшины. Личинка проходит все стадии развития перед окукливанием в жидкости, наполняющей кувшин, приспособившись к жизни в среде с повышенной кислотностью. А выйдя из куколки, будучи взрослой особью улетает прочь, возвращаясь только отложить яйца. Иногда эти кувшины служат домом пауку-крабу (Misumenops nepenthicola), который охотно поедает добычу, пойманную растением, а также охотится на живущих в недрах кувшина личинок москитов, ныряя за ними. Самые маленькие лягушки старого света (Microhyla nepenthicola), которые впервые были описаны учеными в августе 2010 года, откладывают икринки на краях ловчих кувшинов, а головастики растут и развиваются в жидкости наполняющей эти кувшины. Организмы, которые проводят, по крайней мере, часть своей жизни в кувшине растения, называют инфауной Непентеса. А организмы, специализирующиеся только на одном виде растения Непентес и не встречающиеся в кувшинах других видов, называются непентобионты (nepenthebionts). Другие же организмы, тесно взаимодействующие с Непентесами, но не ограничивающие свои связи только с одним из видов, называются н епентофилы (nepenthophiles).mangrove

Эти взаимоотношения еще не полностью изучены, но ученые предполагают, что насекомые получают от растения жилье, питание или защиту, а растение в свою очередь получает ускоренное разрушение захваченной добычи и передачу азота растению путем выделения ионов аммония, а также поддержание в норме уровня вредных бактериальных популяций. Существует также удивительный факт симбиоза животных и Непентесов, говорить о котором приходится с долей иронии. Дело в том, что ученые из канадского университета во время экспедиции на острове Борнео обнаружили, что горная,тупая, мелкий зверек похожий на белку, во время кормления нектаром использует кувшины одного из видов Непентесов (N. lowii) как биотуалет. Расстояние от отверстия чаши до вышерасположенных желёз, выделяющих нектар, в точности соответствует длине тела горной тупой, а диаметр отверстия хорошо сочетается с габаритами самого зверька. Заметив это, они установили скрытые камеры и зафиксировали данный научный факт. Растение получает недостающий азот, необходимый для роста, а тупая нектар. Таким образом, животные, насекомые и Непентесы извлекают огромную пользу из этих взаимоотношений.

Литература

• Насекомоядные растения / С. С. Морщихина // Большая советская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1974. — Т. 17 : Мокшин — Никиш. — 616 с.

• Бекетов А. Н. Насекомоядные или мясоеды растения // Энциклопедический словарь Брокгауза и Эфрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

• Михаил Ругала — Хищные растения острова Борнео

• Насекомоядные растения в Энциклопедии Колера (Проверено 15 октября 2009)

• Популярная статья о хищных растениях

• International Carnivorous Plant Society Homepage

• Logo YouTube por Hernando.svg Растение-хищник сжирает муху / Predator plant devours a fly

• [скрыть] Просмотр этого шаблона Питание

• Типы питания Автотрофный · Гетеротрофный (способы: голозойный · галофиты) · Микотрофный Краснохвостый сарыч, поедающий калифорнийскую полёвку

• Пищевая цепь Продуценты · Коносаменту · Реду центы

• Характер питания Полифагия · Всеядность · Стенофаги (Монофаги · Олигофагия)

• Зоофаги

• Взрослая особь Гематофаги · Насекомоядные · Лепидофаги · Малакофаги · Мукофаги · Мирмекофаги · Офиофаги · Рыбоядные · Губкоядные · Остеофаги

• Репродуктивные Зоофаги · Педфаки · Плацентофаги · Грудное вскармливание · Каинизм

• Каннибальность Каннибализм · Человеческий каннибализм · Самоканнибализм (Аутофагия) · Сексуальный каннибализм

• Фитофагия Питание листвой · Плодоядность · Зерноядные · Семеноядные · Антофилия · Ксилофаги · Альгофаги · Вегетарианство

• Хищничество Сверххищники · Насекомоядные растения · Хищные грибы · Хищные простейшие · Просмотр (хищничество)

• Методы питания Адаптация к хищникам · Фильтровальщики · Пасущийся · Клептопаразитизм · Детритофаги · Трофаллаксис

• Способы питания клеток Фагоцитоз · Пиноцитоз · Рецепторно-опосредованный эндоцитоз

• Разное Бактериофаги · Копрофагия · Некрофаги · Микофаги · Геофагия

http://nature-plants.com/

Хищные (насекомоядные) растения

Плотоядные растения

Как только их не называют – и насекомоядными, и хищными, и даже плотоядными. Но суть одна – это растения, которые получают питательные вещества для своей жизнедеятельности не только из почвы, но и из живых существ, в основном из насекомых.

К такому необычному для растений способу «питания» их вынудили условия произрастания. Недостаток азота и минеральных веществ в грунте вынудили безобидные растения искать «еду» не только в земле…

Питание хищных растений

В основном хищные растения питаются насекомыми. Для этого они имеют так называемые листья-ловушки, с помощью которых они захватывают насекомых. Насекомые садятся на  красивый цветок с приятным запахом и оказываются в ловушке: растворяются в выделяющихся на листве ферментах.

Листья-ловушки делятся на несколько  видов. У Дарлингтонии и Непентеса они схожи  с кувшином. Насекомое манит нектар, появляющийся на краю листвы. Когда оно садится, то немедленно скользит вниз и переваривается в жидкости на самом дне западни. Венерина Мухоловка питается так: как только насекомое прикоснется к растению, створка листика тут же захлопывается, поглощая жертву. Росянки и Жирянки обладают липкой жидкостью, в результате чего, насекомое прилипает к листу. Затем лист скручивается и переваривает его.

Виды хищных растений

Растения, поедающие  насекомых, встречаются буквально во всех климатических поясах. Наиболее благоприятная зона для них – это тропические джунгли, там их гораздо больше. Но некоторые виды растения способны жить и в северных лесах, к примеру, росянка.

Существует множество видов хищных растений, перечислим самые известные названия, вместе с их фото:

Венерина Мухоловка

Венерина Мухоловка

Пожалуй, самое известное хищное растение. Мухоловка ловит насекомых с помощью специальных ловушек-капканов, расположенных на концах её листьев. Стоит насекомому коснуться чувствительных волосков внутри ловушки, как она тут же захлопывается и начинает переваривать насекомое.

 

Росянка

Росянка

Тоже является довольно известным растением. На листьях у росянки расположены железы, выделяющие липкий сок. Капельки сока очень похожи на росу, (отсюда и название растения), и на них охотно слетаются различные насекомые. Но стоит жертве сесть на лист, как она тут же прилипает. После этого лист росянки скручивается вместе с жертвой, и переваривает её.

 

Жирянка

Жирянка

Жирянка по способу питания похожа на росянку – листья у неё липкие, и к ним тоже приклеиваются насекомые. Убежать они уже не могут, и растение высасывает из них питательные вещества.

 

 

Саррацения

Саррацения

Саррацения — это небольшое хищное растение родом из Северной Америки. Растение подобно пучку скрученных листьев, который растет из земли. К верху лист расширяется,  получается что-то похожее на кувшинчик с навесом. Они красиво выглядят и являются западней: если насекомое туда попадет, то выбраться уже не сможет.

 

Непентес

Непентес

Это яркий, неординарный, красивый цветок.  Он ещё носит название кувшиночник. Дело в том, что у Непентеса есть множество отростков, на концах которых вырастают специальные ловушки-кувшины. Внутри этой ловушки имеется ядовитая переваривающая жидкость. В эту западню могут попасть не только насекомые, но и грызуны, жабы и иные живые существа, заглянувшие в интересный кувшинчик.

 

Библис

Библис

Внешний вид Библиса напоминает Росянку, но их почти ничего не объединяет. Библис – это маленький кустарник, высотой до 70см. Листья Библиса покрыты волосками-железками, выделяющими специальный сок.

 

 

Гелиамфора

Гелиамфора

Это растение содержит простейшую структуру органов и питается насекомыми. Ловчие механизмы в форме конуса, обладают широким зевом, над котором находится крышечка кувшина или нектарная ложечка. Обычно кувшин  имеет зелёную расцветку с красноватыми жилами, но если произрастает  в сильно освещенной местности,  то он полностью красного цвета.

 

Дарлингтония

Дарлингтония

Внешне данное растение весьма необычно. Листья подобно змеям с расправленным «капюшоном», который растет ловушке-кувшине. Если существуют подходящие для жизни условия, «капюшон» способен вырасти до 60см. Поэтому, дарлингтонию ещё именуют растение-кобра или лилия-кобра. Ароматный нектар, образующийся по краям кувшина,  манит многих насекомых, а попавшие вовнутрь букашки постепенно перевариваются.

 

Росолист Лузитанский

Росолист Лузитанский

Это растение отличается тоненькими и липучими листками, со стороны похожее  на узелок с иголками сосны. Главной отличительной особенностью лузитанского росолиста являются сильные переваривающие возможности. Будучи небольшого роста, растение способно за день переварить несколько десятков больших мух. А притягивает поживу медовый сладкий нектар, который вырабатывается растением.

 

Цефалотус Мешочковидный

Цефалотус Мешочковидный

Цефалотус располагает не очень большими, но стойкими кувшинами с зубчатыми краями. В эти края и попадает жертва и притягивает её сюда нектар с приятным запахом. Насекомое, привлеченное сладостным ароматом нектара в цветке, движется ближе к зеву кувшинчика и всё больше приближается  к самой полости. Поверхность этого зева является гладкой и скользкой, по этой причине оно уже не может выбраться из западни. Главной и любимой пищей цефалотуса являются муравьи.

 

Альдрованда Пузырчатая

Альдрованда Пузырчатая

Растение обитает в основном в стоячей воде, где образует целые заросли. Растение не имеет корневой системы, благодаря этому, она способна свободно плавать в водоемах. Её стебли имеют нитевидную форму, они всё время находятся в воде, и густо растут друг возле друга. На черешках есть удлиненные щетинки и раковинообразные двустворчатые пластинки, по центру слегка вздутые. В момент раздражения таких щетинок, листок складывается, его края заходят друг за друга. Так и осуществляется процесс захватывания жертвы, а потом следует переваривание полученной пищи.

 

Пузырчатка

Пузырчатка

Еще одно водное хищное растение. Пузырчатка получила такое название по причине присутствия у неё особых ловчих пузырьков. Они играют важную роль в жизнедеятельности растения. Каждый из пузырьков имеет отверстие и клапан, который раскрывается вовнутрь. Это помогает при ловле живности – насекомые свободно попадают  в растение и там остаются, так как не могут выбраться.

 

Еще больше хищных растений

В следующий раз мы подробнее рассмотрим каждый вид подробнее и узнаем о возможности содержать насекомоядные растения дома. Ведь растение-хищник дома – это интересно и экзотично, да и купить ту же Росянку или Мухоловку достаточно просто.

Надеемся, что вас заинтересовал удивительный мир хищных растений!

nat-geo.ru

Хищные растения - мастера изящных убийств

Почему жертвы этих растений добровольно забираются в смертоносные ловушки? Хитроумные растения делятся своими секретами.

 

Венерина мухоловка захлопывает ловушку, если дважды прикоснуться к её крошечным волоскам.

Автор: Хелен Шмитц

 Голодная муха ищет, чем бы поживиться. Почуяв запах, похожий на аромат нектара, она садится на мясистый красный лист – ей кажется, что это обычный цветок. Пока муха пьет сладкую жидкость, она задевает лапкой крохотный волосок на поверхности листа, затем еще один... И тут вокруг мухи вырастают стены. Зубчатые края листа смыкаются, словно челюсти. Муха пытается вырваться, но капкан крепко-накрепко закрыт. Теперь вместо нектара лист выделяет ферменты, растворяющие внутренности насекомого, постепенно превращая их в липкую кашицу. Муху постигло величайшее унижение, какое только может выпасть на долю животного: ее убило растение.

Тропический непентес привлекает насекомых сладким ароматом, но стоит невезучим присесть на его скользкий ободок, как они тут же соскальзывают в его разверстую утробу.

Автор: Хелен Шмитц

 

Растения против животных.

Болотистая саванна, простирающаяся на 140 километров вокруг Вилмингтона (Северная Каролина, США), – единственное место на Земле, где венерина мухоловка (Dionaea muscipula) является коренным обитателем. Здесь встречаются и другие виды хищных растений – не столь знаменитые и не такие редкие, но не менее удивительные. Например, непентес (Nepenthes) с кувшинами, похожими на бокалы для шампанского, где находят свою гибель насекомые (а иногда и животные покрупнее). Или росянка (Drosera), обхватывающая жертву липкими волосками, и пузырчатка (Utricularia), подводное растение, всасывающее добычу, как пылесос.

 

Многие растения-хищники (а таких более 675 видов) используют пассивные ловушки. Жирянка щетинится клейкими волосками, которые удерживают насекомое, пока работает пищеварительная жидкость. Автор: Хелен Шмитц

 

Растения, питающиеся животными, вызывают у нас необъяснимую тревогу. Наверное, дело в том, что такой порядок вещей противоречит нашим представлениям о мироздании. Знаменитый натуралист Карл Линней, создавший в XVIII веке систему классификации живой природы, которой мы пользуемся до сих пор, отказывался верить, что такое возможно. Ведь если венерина мухоловка в самом деле пожирает насекомых, она нарушает порядок природы, заведенный Богом. Линней считал, что растения ловят насекомых случайно, и, если несчастная букашка перестанет дергаться, она будет отпущена на свободу.

Австралийская росянка привлекает букашек капельками, похожими на росу, а потом обхватывает их волосками.

Автор: Хелен Шмитц

 Чарлза Дарвина, напротив, завораживало своевольное поведение зеленых хищников. В 1860 году, вскоре после того как ученый впервые увидел одно из таких растений (это была росянка) на вересковой пустоши, он написал: «Росянка интересует меня больше, чем происхождение всех видов на свете».

Силуэты пойманных насекомых, словно фигуры театра теней, проглядывают сквозь лист филиппинского непентеса. Восковая поверхность внутренней стенки кувшина не дает насекомым выбраться на свободу, а ферменты на его дне извлекают из жертвы питательные вещества.

Автор: Хелен Шмитц

Дарвин потратил не один месяц на эксперименты. Он сажал мух на листья хищных растений и наблюдал, как те медленно сжимают волоски вокруг своей жертвы; он даже подбрасывал прожорливым растениям кусочки сырого мяса и яичного желтка. И выяснил: для того, чтобы вызвать реакцию растения, достаточно веса человеческого волоса.

Почуяв запах пищи, таракан заглядывает в кувшин. Насекомоядные, как и другие растения, занимаются фотосинтезом, однако большинство из них обитает на болотах и в других местах, где почва бедна питательными веществами. Азот, который они получают, питаясь своими жертвами, помогает им отлично себя чувствовать в этих сложных условиях.

«Мне представляется, что едва ли кому-то случалось наблюдать более удивительное явление в растительном царстве», – писал ученый. При этом росянки не обращали совершенно никакого внимания на капли воды, даже если те падали с большой высоты. Реагировать на ложную тревогу во время дождя, рассуждал Дарвин, было бы для растения большой ошибкой – так что это не случайность, а закономерная адаптация.

Большинство растений-хищников одних насекомых поедают, а других принуждают помогать им в размножении. Чтобы не поймать на обед потенциального опылителя, саррацении держат цветы подальше от кувшинов-ловушек - на длинных стеблях.

Впоследствии Дарвин исследовал и другие виды растений-хищников, а в 1875 году обобщил результаты своих наблюдений и экспериментов в книге «Насекомоядные растения». Особенно его восхищала необычайная быстрота и сила венериной мухоловки, которую он называл одним из самых удивительных растений на свете. Дарвин установил, что, когда лист смыкает края, он на время превращается в «желудок», выделяющий ферменты, которые растворяют добычу.

Их бутоны свисают, подобно китайским фонарикам, заманивая пчёл в сложно сконструированные пыльцевые камеры.

 В ходе долгих наблюдений Чарлз Дарвин пришел к выводу: листу хищника, чтобы снова открыться, требуется более недели. Вероятно, предположил он, зубчики по краям листа сходятся не до конца, чтобы совсем мелкие насекомые могли спастись бегством, и растению, таким образом, не приходилось бы тратить энергию на малопитательную пищу.

Некоторые растения-хищники, например росянка, могут опылять себя самостоятельно, если насекомые-добровольцы так и не сыщутся.

Автор: Хелен Шмитц

 Молниеносную реакцию венериной мухоловки – ее ловушка захлопывается за десятую долю секунды – Дарвин сравнивал с сокращением мышц животного. Однако у растений нет ни мышц, ни нервных окончаний. Как им удается реагировать точь-в-точь как животным?

Если клейкий волосок не ухватит большую муху достаточно крепко, насекомое, пусть и покалеченное, вырвется на свободу. В мире растений-хищников, говорит Уильям Маклафлин, смотритель Ботанического сада США, бывает и так, что насекомые погибают, а "охотники" остаются голодными.

Автор: Хелен Шмитц

 Растительное электричество.

В наши дни биологи, изучающие клетки и ДНК, начинают понимать, как эти растения охотятся, едят и переваривают пищу – и главное, как они «научились» это делать. Александр Волков, специалист по физиологии растений из Оуквудского университета (Алабама, США), убежден: после долгих лет исследований ему наконец удалось раскрыть секрет венериной мухоловки. Когда насекомое задевает лапкой волосок на поверхности листа мухоловки, возникает крошечный электрический разряд. Заряд накапливается в ткани листа, однако его недостаточно, чтобы захлопывающийся механизм сработал – это страховка от ложной тревоги. Но чаще всего насекомое задевает еще волосок, добавляя к первому разряду второй, – и лист закрывается.

На южноафриканской королевской росянке, самой крупной представительнице рода, распускается цветок. Листья этого пышного растения могут достигать полуметра в длину.

Автор: Хелен Шмитц

Эксперименты Волкова показывают, что разряд движется вниз по заполненным жидкостью туннелям, пронизывающим лист, и это заставляет открываться поры в стенках клеток. Вода устремляется из клеток, находящихся на внутренней поверхности листа, к тем, что расположены на внешней его стороне, и лист при этом быстро меняет форму: из выпуклого становится вогнутым. Два листа схлопываются, и насекомое оказывается в западне.

Крошечное, размером с напёрсток, насекомоядное растение рода цефалотус из Западной Австралии предпочитает лакомиться ползающими насекомыми. Направляющими волосками и манящим запахом оно завлекает муравьёв в свои пищеварительные недра.

Автор: Хелен Шмитц

Подводная ловушка пузырчатки устроена не менее хитроумно. Она выкачивает воду из пузырьков, понижая в них давление. Когда водяная блоха или еще какое-нибудь небольшое существо, проплывая мимо, задевает волоски на внешней поверхности пузырька, его крышечка открывается, и низкое давление увлекает воду внутрь, а вместе с ней – и добычу. В одну пятисотую долю секунды крышечка снова захлопывается. Затем клетки пузырька выкачивают воду, восстанавливая в ней вакуум.

Наполненный водой северо-американский гибрид соблазняет пчёл обещанием нектара и ободком, который выглядит идеальной посадочной площадкой. Питаться мясом - не самый эффективный для растения способ обеспечить себя необходимыми веществам, но, несомненно, один из самых экстравагантных.

Автор: Хелен Шмитц

Многие другие виды растений-хищников напоминают клейкую ленту от мух: они хватают добычу с помощью липких волосков. Кувшиночники прибегают к иной стратегии: насекомых они ловят в длинные листья – кувшины. У самых крупных глубина кувшинов достигает трети метра, и они могут переварить даже какую-нибудь невезучую лягушку или крысу.

Смертельной ловушкой кувшин становится благодаря химическим веществам. Nepenthes rafflesiana, например, растущий в джунглях Калимантана, выделяет нектар, с одной стороны, привлекающий насекомых, а с другой – образующий скользкую пленку, на которой те не могут удержаться. Насекомые, опускающиеся на ободок кувшина, соскальзывают внутрь и попадают в вязкую пищеварительную жидкость. Они отчаянно шевелят лапками, пытаясь освободиться, но жидкость тянет их на дно.

У многих растений-хищников есть специальные желёзки, выделяющие ферменты – достаточно сильные, чтобы проникнуть сквозь твердый хитиновый панцирь насекомых и добраться до скрывающихся под ним питательных веществ. А вот пурпурная саррацения, встречающаяся на болотах и скудных песчаных почвах в Северной Америке, для переваривания пищи привлекает другие организмы.

Саррацения помогает функционировать сложной пищевой сети, в которую входят личинки москитов, мелкие мошки, простейшие и бактерии; многие из них могут жить только в этой среде. Животные измельчают добычу, падающую в кувшин, а плодами их трудов пользуются организмы помельче. В конце концов саррацения поглощает питательные вещества, выделяющиеся в процессе этого пиршества. «Благодаря животным в этой перерабатывающей цепочке все реакции ускоряются, – говорит Николас Готелли из Университета Вермонта. – Когда пищеварительный цикл окончен, растение накачивает в кувшин кислород, чтобы его обитателям было чем дышать».

Тысячи саррацений растут на болотах Гарвардского леса, принадлежащего одноименному университету, в центральном Массачусетсе. Аарон Эллисон, главный эколог леса, вместе с Готелли пытается выяснить, какие эволюционные причины побудили представителей флоры развить в себе склонность к мясной диете.

Растения-хищники явно извлекают пользу из поедания животных: чем больше мух скармливают им исследователи, тем лучше они растут. Но чем именно полезны жертвы? От них хищники получают азот, фосфор и другие питательные вещества, чтобы вырабатывать улавливающие свет ферменты. Иными словами, поедание животных позволяет растениям-хищникам заниматься тем, чем занимаются все представители флоры: расти, получая энергию от солнца.

Труд зеленых хищников нелегок. Им приходится затрачивать огромное количество энергии на создание приспособлений для ловли животных: ферментов, насосов, липких волосков и прочего. Саррацения или мухоловка не могут много фотосинтезировать, поскольку, в отличие от растений с обычными листьями, у их листьев нет солнечных панелей, способных поглощать свет в больших количествах. Эллисон и Готелли полагают, что преимущества плотоядной жизни перевешивают затраты на ее ведение только при особых условиях. Бедная почва болот, к примеру, содержит мало азота и фосфора, поэтому там у растений-хищников есть преимущество перед собратьями, которые добывают эти вещества более привычными способами. Кроме того, на болотах нет недостатка в солнце, поэтому даже неэффективные с точки зрения фотосинтеза растения-хищники улавливают достаточно света для выживания.

Природа не раз шла на такой компромисс. Сравнив ДНК хищных и «обычных» растений, ученые обнаружили, что различные группы хищников эволюционно не связаны между собой, а появлялись независимо друг от друга как минимум в шести случаях. Некоторые растения-хищники, внешне похожие, имеют лишь отдаленное родство. И тропический род Nepenthes, и североамериканский Sarracenia обладают листьями-кувшинами и для ловли добычи используют одну и ту же стратегию, однако происходят от разных предков.

Кровожадные, но беззащитные.

К сожалению, те самые свойства, которые позволяют растениям-хищникам процветать в не самых простых естественных условиях, делают их чрезвычайно чувствительными к переменам в окружающей среде. Во многие болота Северной Америки попадает избыточный азот – виной тому удобрение окрестных сельскохозяйственных площадей и выбросы электростанций. Растения-хищники настолько идеально приспособлены к низкому содержанию азота в почве, что не могут справиться с этим неожиданным «подарком». «В конце концов они просто погибают от перенапряжения», – говорит Эллисон.

От людей исходит и другая опасность. Незаконная торговля растениями-хищниками распространена настолько широко, что ботаники стараются хранить в секрете места, где встречаются некоторые редкие виды. Браконьеры тысячами вывозят венерины мухоловки из Северной Каролины и продают их с придорожных лотков. Сельскохозяйственный департамент штата с некоторых пор помечает дикорастущие экземпляры безопасной краской, невидимой при обычном освещении, но мерцающей в ультрафиолетовых лучах, чтобы инспекторы, обнаружив в продаже эти растения, могли быстро определить, откуда они – из парника или с болота.

Даже если браконьерство удастся остановить (что тоже вызывает сомнения), растения-хищники по-прежнему будут страдать от многих напастей. Среда их обитания исчезает, уступая место торговым центрам и жилым кварталам. Лесным пожарам не дают разгуляться, отчего другие растения получают возможность быстро расти и выигрывать соперничество с венериными мухоловками.

Мухи, возможно, этому и рады. Но для тех, кого восхищает поразительная изобретательность эволюции, это большая потеря.

ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ НАСЕКОМОЯДНЫХ РАСТЕНИЙ

секомоядные растения стали известны в XVIII столетии. Первое точное ботаническое описание венериной мухоловки (Dionaea muscipula) было сделано английским натуралистом Джоном Эллисом в письме к Карлу Линнею в 1769 году. В этом письме Эллис впервые предположил, что пойманные насекомые служат пищей для растений. В 1782 году немецкий врач А. В. Рот описал своеобразные движения, совершаемые листьями росянки для ловли насекомых, и развил мысль Эллиса, что пойманные беспозвоночные являются источником пищи для таких растений. В 1791 году У. Бартрам в книге о своих путешествиях по штатам Северной Америки описал растения рода Sarracenia, имевшие листья-кувшинчики для ловли насекомых. Он же впервые употребил термин «плотоядные растения». В начале XIX века был описан ряд новых родов и видов, относящихся к данной группе растений. Так, Кортальс в 1835 году описал явление насекомоядности у растений рода Непентес (Nepenthes). Вскоре появились работы, посвященные глубокому изучению особенностей подобных растений. В 1861 году Оже де Ляссю описал чувствительность к прикосновениям и движения листьев растений рода Альдрованда (Aldrovanda). В 1868 году Кэнби впервые указал на пищеварительные свойства сока, выделяемого железами на листьях венериной мухоловки. Следующим этапом в изучении насекомоядных растений стала исследовательская работа Чарльза Дарвина, начатая с наблюдений за росянками в 1860 году. Дарвина привлекла схожесть насекомоядных растений и животных. Способность растения переваривать пищу, хватательные движения, высокая чувствительность к прикосновениям — все это поражало воображение ученого. Эта работа так захватила Дарвина, что в письме к Лайелю он пишет:

В настоящее время Drosera интересует меня больше, чем происхождение всех видов на свете.

Дарвин поставил ряд лабораторных опытов, изучая вкусы насекомоядных растений и составляя «меню». Впоследствии эти опыты стали серьёзной научной работой, вобравшей в себя множество уникальных наблюдений и смелых, но разумных выводов. Дарвин долгое время не решался опубликовать результаты своих исследований. Лишь через 15 лет, когда они были дополнены другими исследователями, он издал книгу «Insectivorous Plants» (1875). Второе издание «Насекомоядных растений» с большими дополнениями, написанными его сыном, вышло после смерти Дарвина, в 1888 году.

Из предисловия Растения, которые ловят насекомых, стали известны еще в XVIII столетии. Первое довольно точное описание венериной мухоловки (Dionаеа muscipula) относится к 1769 г. и было сделано английским натуралистом Джоном Эллисом в письме к Карлу Линнею. Эллис высказал правильную догадку, что насекомые, пойманные этим растением, служат ему пищей, но неверно истолковал значение железок, находящихся на поверхности листьев мухоловки: выделяемая ими жидкость, по его мнению, представляет собой приманку для насекомых. На самом деле они выделяют только пищеварительный сок. Несколько позже, в 1782 г., немецкий врач А.В. Рот указал на то, что листья росянки (Drosera) совершают своеобразные движения, с помощью которых они ловят насекомых, и высказал предположение, что пойманные животные являются источником пищи для этого растения. Венерина мухоловка У. Бартрам в книге, посвященной описанию его путешествия по северной и южной Каролине, Флориде и другим штатам Северной Америки (1791), останавливается на растениях из рода Sarracenia, листья которых превращены в кувшинчики, содержащие воду и служащие ловушкой для насекомых. У него же мы впервые встречаем термин “плотоядные растения” (в применении к венериной мухоловке). В первой и в начале второй половины XIX века список насекомоядных растений значительно увеличился, так как был описан ряд новых форм, относящихся к этой группе; особенно следует отметить открытие насекомоядности у Nepenthes (Кортальс, 1835). Вскоре начали появляться отдельные работы, посвященные более глубокому изучению движений и других биологических особенностей этих растений. В 1861 г. Оже де Ляссю описал движения листьев у Aldrovanda и обнаружил, что они чувствительны к прикосновению. В 1868 г. Кэнби впервые указал на пищеварительные свойства сока, выделяемого листьями Dionaea. Несмотря на все эти открытия, правильное понимание биологии и физиологии насекомоядных растений все еще очень медленно пробивало себе путь в сознание естествоиспытателей этой эпохи. Для примера укажем на архаические взгляды, которых придерживался в этой области Ламарк. По его мнению, растения, в том числе и насекомоядные, представляют собой организмы, никогда и ни в одной из своих частей не обладающие чувствительностью, лишенные способности к пищеварению и не совершающие движений под влиянием раздражений. Таковы были взгляды и многих других выдающихся биологов первой половины прошлого столетия. Борьба с этими отжившими воззрениями началась и велась главным образом на почве нового учения об эволюции организмов, творцом и первым проводником которого был Ч. Дарвин. Механистические идеи, безраздельно господствовавшие в физиологии растений додарвиновской эпохи, под напором новой эволюционной теории быстро теряли свой кредит. Все более и более выяснялось существенное сходство между животными и растительными организмами во всех главнейших их отправлениях. Эти сдвиги подготовили путь для правильного подхода к тем явлениям, которые наблюдались у насекомоядных растений и так плохо вязались с традиционными биологическими представлениями. Становилось невозможным мыслить растение, как “неполноценный организм”, лишенный целого ряда основных свойств, которыми наделено активно движущееся и чувствительное животное. Искусственная грань между этими двумя царствами организованной природы все более стиралась. Разрушить ее окончательно было необходимо для полного торжества эволюционной идеи, и потому-то Ч. Дарвин так часто подчеркивал, что ему всегда доставляла большое удовлетворение возможность “поднять, растение на высшую ступень в системе живых существ”. Для достижения этой цели, для “уравнения в правах” животного и растительного организма, трудно было найти более подходящий объект, чем некоторые представители группы насекомоядных растений: их исключительно высокая чувствительность к прикосновению и к химическим раздражениям, передача полученного возбуждения по тканям, разнообразные и более или менее быстрые хватательные движения для овладения добычей, наконец, способ переваривания пищи и поглощения продуктов работы пищеварительных ферментов - все это такие черты организации, которые раньше считались свойственными только животным организмам в отличие от растительных. Не приходится поэтому удивляться, если Ч. Дарвин в одном из своих писем к Аза Грею (1863 или 1864 г.), упоминая о росянке (Drosera), говорит, что это - “удивительное растение или, скорее даже, очень умное животное”. Ч. Дарвин начал свои исследования над насекомоядными растениями с наблюдений в природе над росянкой летом 1860 г. Тогда же он поставил и ряд лабораторных оцытов, которые вскоре разрослись в целое исследование. Работа эта так захватила Дарвина, что осенью того же года он писал Ляйеллю: “В настоящее время Drosera интересует меня больше, чем происхождение всех видов на свете”. Результаты этих опытов были настолько изумительны, что Дарвин не решился сразу опубликовать их и еще в течение многих лет, не доверяя своему искусству экспериментатора, при всякой возможности повторял и дополнял свои исследования. Только спустя 15 лет, когда накопленные им данные частично уже были подтверждены другими исследователями, Дарвин подвел итоги всей своей многолетней работе в книге “Insectivorous Plants” (1875). “Промедление в этом случае, как и при работе над всеми другими моими книгами, - пишет он в своей “Автобиографии”, - было для меня большим преимуществом, так как по истечении, столь большого промежутка времени человек может почти так же хорошо критиковать свою собственную работу, как и чью-нибудь чужую”. Второе издание “Насекомоядных растений” вышло уже после смерти Ч. Дарвина, в 1888 г., с довольно большим числом дополнений, написанных его сыном, Френсисом. В настоящем издании печатается перевод, сделанный с первого издания, дополнения же Фр. Дарвина частью использованы при составлении комментариев и вступительной статьи, частью опущены совсем, как потерявшие интерес в связи с дальнейшим прогрессом наших знаний о насекомоядных растениях. Работа Ч. Дарвина была переломным пунктом в истории исследования насекомоядных растений. Как указывает К. Гёбель (1893), “едва ли какой-нибудь другой отдел ботаники в новейшее время привлекал к себе внимание более широких кругов, чем так называемые насекомоядные растения. Причиною этого была в особенности обширная работа Дарвина, давшая толчок к появлению многочисленных других работ”. “Наши знания в этой области, - говорит другой физиолог В. Пфеффер (1904), - были значительно углублены и расширены благодаря обширным и превосходным исследованиям Ч. Дарвина”. По словам А. Вагнера (1911), автора одной из лучших популярных сводок по насекомоядным растениям, исследования Дарвина впервые привлекли серьезное внимание естествоиспытателей к этой теме. Следует, однако, иметь в виду, что работа Ч. Дарвина не сразу нашла признание среди специалистов ботаников. Не было недостатка и в отрицательных отзывах, главным источником которых были, впрочем, в большинстве случаев принципиальные расхождения их авторов с Дарвином, как творцом новой эволюционной теории. Как исторический курьез отметим выступление Регеля (1879), бывшего в то время директором Петербургского ботанического сада. По его мнению, утверждение Дарвина, будто в природе существуют растения, питающиеся насекомыми, “принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы, если бы оно не исходило от прославленного Дарвина”. “Мы надеемся, - пишет он далее, - что холодный разум (der kuhle Verstand) и основательное наблюдение наших немецких исследователей скоро забросят эту теорию, подобно теориям первичного зарождения, партеногенеза, чередования поколений и т.п., в ящик научного хлама, который сами бывшие последователи таких теорий меньше всех захотят когда-либо открыть”. Надеждам незадачливого критика, однако, не суждено было осуществиться: “теория” Дарвина о насекомоядных растениях, так же как и осужденные вместе с нею “теории” партеногенеза и чередования поколений, пользуется в настоящее время всеобщим признанием. За столетие, истекшее со времени открытия первых насекомоядных растений, работа Ч. Дарвина была, несомненно, самым крупным вкладом в этот отдел ботаники. Ей мы обязаны наиболее значительной частью наших знаний о биологических особенностях и о физиологии этих своеобразных организмов. До сих пор не потеряли своей научной ценности и постоянно цитируются в учебниках данные Дарвина, относящиеся к движениям щупалец росянки, их чувствительности к механическим и химическим раздражениям, передаче этих раздражений из воспринимающей зоны в реагирующую, выделительной и поглощающей деятельности железок, к процессу переваривания различных органических азотистых соединений, к открытому им явлению так называемой аггрегации протоплазмы в клетках щупалец и железок. Целый ряд интереснейших наблюдений сделан им и относительно других насекомоядных растений. Ценной особенностью работы Дарвина является его постоянное стремление осветить полученные данные с точки зрения основных идей Н. Г. Холодный

chocolavie.ruАдрес и телефон

Работа Чарльза Дарвина стала переломным пунктом в исследованиях насекомоядных растений. Как пишет К. Гёбель (1893),

<…> едва ли какой-нибудь другой отдел ботаники в новейшее время привлекал к себе внимание более широких кругов, чем так называемые насекомоядные растения. Причиною этого была в особенности обширная работа Дарвина, давшая толчок к появлению многочисленных других работ.

Однако эта работа не сразу нашла признание среди учёных своего времени и подверглась ожесточённой критике, в большинстве случаев из-за их принципиальных расхождений с новой эволюционной теорией Дарвина. Директор Петербургского ботанического сада Регель (1879) выразил мнение, что утверждение Дарвина о существовании в природе насекомоядных растений принадлежит к числу теорий,

над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы, если бы оно не исходило от прославленного Дарвина. Мы надеемся, что холодный разум (der kuhle Verstand) и основательное наблюдение наших немецких исследователей скоро забросят эту теорию, подобно теориям первичного зарождения, партеногенеза, чередования поколений и т. п., в ящик научного хлама, который сами бывшие последователи таких теорий меньше всех захотят когда-либо открыть.

Однако до сих пор фундаментальная работа Дарвина является крупнейшим вкладом в изучение насекомоядных растений.

 

Первое издание книги Ч. Дарвина

A - Drosera rotundifolia Linneae; B - Drosera intermediata Hayne C - Drosera anglica Huds.