Що не має мозку, нервової системи чи навіть нервів, але діє так, ніби володіє рефлексами? Відповідь проста — Венерина мухоловка. Ця відома хижа рослина здатна уловлювати комах та інших дрібних тварин, і вчені нарешті розгадали її давню таємницю.
Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) – це дивовижна м’ясоїдна рослина, що походить з болотистих регіонів Південного сходу Сполучених Штатів, переважно Північної та Південної Кароліни. Вона вражає своєю здатністю до хижого полювання, адаптувавшись до бідних на поживні речовини ґрунтів завдяки додатковому джерелу азоту та фосфору з тіл своїх жертв. Те, як Венерина мухоловка хапає свою здобич, викликає справжнє здивування. Її видозмінені листки, що утворюють пастку, зачиняються, немов мишоловка, але при цьому демонструють надзвичайну вибірковість. Вона може відрізнити живу здобич від мертвої, краплю води від комахи, і навіть відмовитися від потенційної їжі, яка виявиться занадто великою.
Питання в тому, як Венерина мухоловка робить все це? Адже це рослина. Вона не може діяти рефлекторно, бо не має нервів, нервової системи чи навіть мозку. То що ж відбувається між фізичним дотиком до чутливих волосків пастки та її миттєвим закриттям?
Механіка закриття пастки відносно проста і вже добре вивчена. Замість м’язів, листки мухоловки перебувають у попередньо напруженому стані завдяки гідравлічному тиску. Як тільки механізм спрацьовує, накопичена енергія вивільняється, мов пружина, і пастка закривається. Головне питання полягало в тому, як саме активується цей процес.
Прорив у розумінні
Щоб розгадати цю загадку, вчені з Університету Сайтама в Японії використали методи генної інженерії. Університет Сайтама – це поважний навчальний заклад, розташований у місті Сайтама, який славиться своїми науковими дослідженнями, зокрема в галузі біології та інженерії. Дослідники перевірили гіпотезу про те, як працює Венерина мухоловка.
Відомо, що активація пастки залежить від чутливих волосків на листках. Щоб пастка спрацювала, волосків потрібно торкнутися двічі поспіль, причому інтервал між дотиками має бути менше 20 секунд. Крім того, дотик повинен бути достатньо сильним – якщо він занадто слабкий, рослина не реагуватиме.
Команда з Сайтама виявила, що дотик до чутливих волосків створює електричний заряд за допомогою іонного каналу кальцію, що називається DmMSL10. Цей канал сконцентрований біля основи волосків. Легкий дотик викликає невеликий електричний заряд, який залишається локалізованим всередині клітини рослини і ігнорується. Однак, якщо дотик достатньо сильний і повторюється, це створює значний електричний заряд, який запускає каскадний ефект, немов натискання вимикача, приводячи пастку в рух, і нещасна комаха стає обідом.
Певною мірою, цей електричний імпульс можна порівняти з дуже примітивним нервовим сигналом. Щоб перевірити цю гіпотезу, команда мутувала Венерину мухоловку таким чином, щоб ген, який експресує DmMSL10, був порушений. Крім того, вони додали індикаторний білок GCaMP6f, який змушує тканини рослини флуоресціювати при виникненні електричних імпульсів.
Потім дослідники спостерігали, як мутовані Венерині мухоловки порівнювалися зі звичайними, коли їх помістили в тераріум, де мурашкам дозволили вільно пересуватися. Результат показав, що мутовані рослини не могли генерувати достатньо великий електричний заряд для запуску механізму захоплення, і вони вкрай погано ловили мурах, які значно частіше тікали, ніж у випадку зі звичайними рослинами.
“Наші відкриття демонструють, що DmMSL10 є важливим механосенсором для високочутливих волосків, що дозволяють виявляти тактильні стимули навіть від найлегших, ледь помітних дотиків”, – зазначив доцент Хіраку Суда. “Багато реакцій рослин виникають завдяки механосенсориці – тактильному відчуттю рослини – тому основні молекулярні механізми можуть бути спільними не лише для Венериної мухоловки”.
Дослідження було опубліковано в провідному науковому журналі Nature Communications.
