Как растения стали хищными
В последнее время меня очень интересуют различные комнатные растения, а особенно необычные растения, о которых я в первый раз узнала от моей бабушки, приехав к ней на Алтай во время летних каникул и пандемии коронавируса COVID -19. Она много лет профессионально занимается разведением цветов и у нее их огромное количество с разных уголков мира.
Я в живую увидела и изучила различные растения, произрастающие в разных уголках земного шара, узнала их различия, особенности ухаживания за ними и их классификации.
Больше всех, меня удивили даже не папоротники, которые считаются одними из самых древних растений, появившихся около 405 млн лет назад и не орхидеи, которые потрясающе красивы, необычны и очень отличаются от других цветов, а была я поражена совершенно необычным типом растений – Хищными растениями.
Именно Хищные растения или как еще их называют – Насекомоядные растения меня удивили и заворожили больше всего. Если вы подумали, что Хищные растения —это что-то из области фантастики, то Вы ошибаетесь, так как они есть на самом деле и их очень много разновидностей.
Растения-хищники действительно я бы определила как чудо природы и по разным оценкам, насчитывают примерно от 400 до 600 видов различных плотоядных растений. И все они большую часть необходимых для роста питательных веществ получают за счет насекомых и мелких животных, которых способны ловить разными хитроумными способами, которыми их наградила природа.
Хищные растения – это очень интересная, но в то же время мало изученная тема, поэтому весьма познавательно узнать про этот удивительный вид флоры нашей планеты.
Так же важно понять возможность их содержания в квартирах или частных домах, изучить варианты применения этих растений человеком в быту, как и чем они могут быть полезны человечеству.
Изучение данного вида растений, как они образовались и что повлияло на появление у них такой отличительной особенности как способ питания и тип пищи.
Возможность полезного применения данного вида растений человеком.
Данный вид растений эволюционировал из-за внешних факторов окружающей среды.
В процессе подготовки проекта, для себя я определила ряд следующих задач:
Изучение литературы о Хищных растениях;
Выяснение причин появления данного вида растений;
Изучение видов данного типа растений и их классификация;
Определить варианты применения хищных растений человеком;
Подготовка и изучение теоретической части исследования (энциклопедии, журналы, статьи в интернете, видео фильм);
Изучение истории происхождения хищных растений;
Определение отличительных особенностей у растений хищников и их классификация;
Подготовка растения-хищника для изучения и проведения опыта;
Хищные растения (также известные как Насекомоядные и Плотоядные растения) – эти виды включают в себя до 600 видов растений из 19 семейств, способных к ловле и перевариванию животных форм, по большей части насекомых и крайне редко мелких животных. Так они дополняют и восполняют свое обычное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного питания.
В результате этого хищные растения меньше других зависят от недостатка неорганического азота в почве, который необходим растения, чтобы синтезировать свои собственные белки.
Хищные растения – преимущественно являются многолетними травянистыми растениями, которые встречаются в разных уголках мира. К примеру, на территории СНГ встречается до 18 видов подобных растений, относящихся к семействам Росянковые и Пузырчатковые.
Считается, что настоящие хищные растения эволюционировали в пяти разных группах цветковых растений независимо друг от друга.
Хищные растения стали известны людям в XVIII столетии, А самое первое и точное описание одного из видов – Венериной мухоловки, сделал английский ученый натуралист – Джон Эллис в послании к Карлу Линнею в 1769 году, в котором он впервые высказал свое предположение, о том что пойманные насекомые служат пищей для этих растений.
В начале XIX века так же был описан ряд новых, ранее не известных родов и видов растений, относящихся к группе Плотоядных. Так, в 1835 году Питер Виллем Корталс описал явление насекомоядности у растений рода Непентес.
Следующим этапом в изучении хищных растений стала научная работа Чарльза Дарвина в 1860 году, которая стартовала с наблюдений за росянками. В это же время Дарвин провел ряд лабораторных опытов, в дальнейшем переросших в научные исследование.
И по сей день фундаментальная работа Дарвина является крупнейшим вкладом в изучение хищных растений.
Изучение данного вида растений, которые совершенно отличаются от привычных нам цветов тем, что они питаются не микроэлементами из почвы, воздуха или водной среды, а подвижны во время так называемой «охоты», они шевелятся прямо на глазах и это происходит далеко не от ветра. А тогда от чего же и как? Это и предстоит мне узнать.
2.1 История происхождения Хищных растений
Одним из первых хищных растений считается вид Сарацении, который нашли по ископаемому отпечатку в окоменелостях.
Данных об эволюции хищных растений очень мало из-за скудного числа ископаемых останков. Из того, что удалось найти, большая часть — это семена и пыльца, найденные в окоменелостях. Малое количество ископаемых связана с тем, что Хищные растения по своей структуре лишены плотных структур (кора и древесина), а сами ловчие образования растений в виде окоменелостей, к сожалению, не сохранились.
Но доподлинно известно, что эволюционировали подобные растения и приобрели дополнительный источник питания (насекомые и мелкие животные), ввиду нехватки неорганических соединений в почвенном растворе, воздушной или водной среды, так как все они произрастают бедных почвах или водоемах.
В таких условиях меньше конкуренции среди растений, а способность ловить живую добычу, расщеплять и усваивать животный белок восполняет дефицит минерального питания. Как правило, они ярко окрашены, и это привлекает насекомых, привыкших ассоциировать яркую окраску с наличием вкусного нектара.
2.2 Виды и отличия хищных растений
Существует три основные группы растений хищников:
Хватающие растения — они действуют достаточно активно, хватают свою жертву без особых промедлений (к ним можно отнести Венерину мухоловку).
Приклеивающие растения – у них процесс поимки добычи заключается в ее приклеивании к телу хищника (к таким растениям относятся разные виды Росянки, Росолиста и Библиса гигантского).
Ждущие растения – они довольно пассивныо себя ведут во время «охоты», так как выжидают попадания жертвы в свою ловушку. (Это известные ученым Саррацения, Непентес, Дарлингтония и Альдрованда).
Если сравнивать хищные растения по механизмам поимки своих жертв, то можно выделить следующие несколько типов:
Капканы – выполнены в виде двух створок, между которыми расположенные чувствительные волоски, при прикосновении к которым происходит захлопывание этих створок, и жертва оказывается в ловушке, где начинается процесс ее переваривания.
Кувшинчики – разные емкости в форме кувшинов, наполненные жидкостью, при попадании в которую, начинается процесс ее переваривания ферментами.
Липучки – это различной формы листья, которые покрыты специальным липким составом, при прикосновении к которым, жертва окончательно прилипает.
Давайте рассмотрим более подробно разные виды хищных растений
Росянка —род плотоядных растений семейства Росянковые, встречающихся на болотах, песчаниках, в горах — почти на любых видах почв. Этот вид хищных растений, насчитывающий почти 200 видов и произрастающий на всех континентах, кроме Антарктиды. Края и верхняя поверхность листа усажены волосками-ресничками, которые выделяют липкую слизь, служащую для приманивания и улавливания различных насекомых.
Плод росянки — коробочка с многочисленными мелкими семенами.
Все росянки — насекомоядные растения. Клейкое вещество, вырабатываемое листьями, оказывает паралитическое действие на насекомых, и пищеварительные ферменты. После того как насекомое поймано, края листа закрываются, охватывая его целиком. Когда насекомое переварено (обычно это занимает несколько дней), лист вновь раскрывается.
Механизм свёртывания листа избирателен и реагирует только на белковую пищу, тогда как случайные воздействия в виде капли воды или упавшего листа не вызывают пищеварительного процесса.
Движения попавшихся насекомых приводят к медленному скручиванию листа, а слизь растворяет тело жертвы.
Непентес, или как его еще называют Кувшиночник — род хищных растений монотипного семейства Непентовые. Большинство растений этого рода произрастает в тропических лесах Азии, особенно распространен на острове Калимантан. На западе граница распространения рода достигает Сейшельских островов и Мадагаскара, а на востоке — Новой Гвинеи, Северной Австралии и Новой Каледонии. Род непентисов включает около 250 видов.
Листья непентесов крупные, наряду с обычными листьями развиты своеобразные кувшинчатые листья. У таких листьев черешок преображается в тонкий длинный усик, обвивающий ветку дерева-хозяина. На его конце, образованном пластинкой листа, висит кувшин для ловли насекомых, несколько напоминающий необычный яркий цветок.
У разных видов непентеса кувшины различного размера, формы и расцветки. Их длина варьирует от 2,5 до 30 см, а у некоторых видов может достигать 50 см. Чаще кувшины окрашены в яркие цвета: красные, матово-белые, расцвеченные пятнистым рисунком или светло-зелёные с пурпуровыми пятнышками. На внешней, более выпуклой стенке кувшина имеется зазубренная оторочка. Верхний его край, загнутый внутрь, покрыт розовыми или лиловыми бороздками, между которыми течёт сладкий душистый нектар, выделяемый железистыми нектарниками.
Плод — кожистая коробочка, разделённая внутренними перегородками на отдельные камеры.
2.7 Венерина мухоловка
Венерина мухоловка — вид хищных растений из монотипного рода Дионея семейства Росянковые. Растение болотистых областей восточного побережья Соединенных Штатов Америки. Венерина мухоловка ловит своих жертв (насекомых, паукообразных) с помощью специализированного ловчего аппарата, образованного из краевых частей листьев. Захлопывание ловушки инициируется тоненькими чувствительными волосками на поверхности листьев. Для захлопывания ловчего аппарата необходимо оказать механическое воздействие минимум на два волоска на листе с интервалом не более 20 секунд.
Такой механизм обеспечивает защиту от случайного захлопывания в ответ на падение объектов, не имеющих питательной ценности (капли дождя, мусор и т. д.). Более того, переваривание начинается как минимум после пятикратной стимуляции чувствительных волосков.
Растёт на торфяных почвах, бедных азотом, таких как болота. Недостаток азота является причиной появления ловушек: насекомые служат источником азота, необходимого для синтеза белков.
Венерина мухоловка — член немногочисленной группы растений, способных к быстрым движениям.
В природе питается насекомыми, иногда могут попадаться слизни. Произрастает во влажном умеренном климате на Атлантическом побережье США.
3.1 Опыты с Венериной мухоловкой
Так как меня заинтересовали Хищные растения, бабушка мне подарила один из представителей этого рода – Венерину мухоловку.
Посмотрев в ходе подготовки проекта Документальный фильм «Тёмная сторона растений», студии Sky Vision, я решила повторить небольшой опыт Чарльза Дарвина, который он проводил с Росянкой, только я для этого взяла Венерину мухоловку.
Для опыта я подготовила живую муху, которую поймала на даче, мертвую муху (так же взяла на даче на подоконнике), кусочек бумаги и маленький камень.
В центр ловушки пинцетом поместила живую муху, после чего ловушка моментально захлопнулась и начался процесс переваривания добычи растением. Через 5 дней ловушка раскрылась и на ней были сухие остатки мухи, которые с легкостью удалось сдуть.
На этот раз в ловушку была помещена мертвая муха и моими движениями мухой ловушка была спровоцирована на закрытие, но каково было удивление, когда на утро обнаружила раскрывшуюся ловушки и лежащей на ней мухой в том же виде. В котором я ее туда и поместила.
Опыт с кусочком бумаги и маленького камня выглядел так же как и с мертвой мухой, ловушка закрылась из за моих движений материалов внутри нее, так как задевались чувствительные волоски, но в дальнейшем за короткий срок ловушка раскрылась.
Отвези Венерину мухоловку на дачу, где из-за большого количества мух, мошек и комаров, всего за один день оказались закрытыми все ловушки.
В ходе подготовки и исполнения данного проекта, я выяснила:
Хищные растения эволюционировали из-за нехватки питательных веществ в среде их обитания, которые они научились получать, переваривая насекомых за счет приобретенных ловушек.
Большинство хищных растений имеет очень яркий и привлекающий внимания окрас.
Насекомоядные растения можно классифицировать по способам охоты и приспособлениям для удерживания и переваривания добычи.
Некоторые растения можно содержать в домашних условиях и использовать их для борьбы с насекомыми в быту.
4.Список используемой литературы.
Большая энциклопедия природы. Том 6. Жизнь растений.
Документальный фильм «Тёмная сторона растений», студия «Sky Vision».
Статьи на сайте о комнатных растениях (https://otsvetax.ru/)
Растения-хищники, издательство «Детская литература», Александрова В.
Источник
Не подавятся Раскрыта загадка появления хищных растений
Кадр из фильма «Магазинчик ужасов»
Американские ученые ответили на вопрос, как некоторые растения становятся хищниками. Оказалось, что важную роль в этом процессе играют многочисленные хромосомные перестройки. Это позволяет организму обзавестись сложными ловушками, из которых жертве невозможно выбраться. «Лента.ру» рассказывает о новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Utricularia gibba, или пузырчатка горбатая — хищное растение, которое использует для ловли мелких водных насекомых пузыри-ловушки. Когда жертва касается чувствительных волосков на пузыре, она за тысячную долю секунды засасывается внутрь вместе с водой, после чего ей остается только ждать смерти в пищеварительных соках растения.
Как растение получило способность пожирать насекомых? Ученые считают, что ответ на этот вопрос лежит внутри генома пузырчатки. В ходе эволюции гены появляются, исчезают и перестраиваются, что изменяет организм. С ДНК хищных растений случилось нечто, что превратило их из обычных цветков в монстров. Что именно — можно узнать по оставленным в геноме U.gibba следам древних генетических событий.
Пузырчатка обладает сравнительно маленьким геномом. Это означает, что множество генов были удалены в процессе эволюции за ненадобностью, однако среди тех, что сохранились, были именно те, что делали U.gibba хищником. Они появились в результате изменений ДНК, которые делали организм более приспособленным к окружающей среде.
Как происходит появление новых генов? Ведь если мутация коснется участка ДНК, играющего важную роль в жизнедеятельности, то это более вероятно приведет к «поломке» кодируемого им белка. И хотя эта мутация могла бы помочь перенастроить ген для выполнения другой функции, она оказывается вредной и может привести к гибели организма. Однако иногда хромосомы в процессе копирования претерпевают перестройки, в результате которых может произойти удвоение (дупликация) участка ДНК. Таким образом появляется дополнительная копия гена, которую можно изменять как угодно. Эти гены-двойники находятся рядом друг с другом, образуя тандемный повтор.
Изображение: Enrique Ibarra-Laclette, Claudia Anahí Pérez-Torres and Paulina Lozano-Sotomayor
Правда, иногда удваивается не какой-то участок, а целая хромосома или даже весь геном. Такие события в ходе эволюции эукариотических организмов (растений, животных и грибов) происходили не единожды. Кратное увеличение числа хромосом в организме называют полиплоидией. Поскольку копируются все гены, то увеличивается и количество производимых ими белковых продуктов. Казалось бы, что плохого в том, что всего стало больше? Однако в клетках действуют тонко настроенные механизмы, чувствительные к количеству специфических белков. Если возникает избыток последних, это грозит нарушениями, снижающими общую приспособляемость и выживаемость организма.
Однако естественный отбор способствует удалению (делеции) лишних копий, которые не приносят пользы. Более того, если в организме есть два гена, один из которых полезен при одних условиях окружающей среды, а второй — при других, эволюция, скорее всего, уберет тот, который не нужен в данной среде обитания.
Результаты предыдущих исследований показали, что пузырчатка обладает крайне динамичным геномом. Растение претерпело как минимум две дупликации всего генома с того момента, как его предки отделились от линий, которые привели к появлению винограда, помидоров и других видов. Кроме того, U.gibba довольно быстро избавляется от генных дубликатов в результате очищающего давления отбора.
Чтобы выяснить, какие гены делают пузырчатку хищником, ученые из Университета штата Нью-Йорк в Буффало определили последовательность ДНК U.gibba с помощью метода одномолекулярного секвенирования в реальном времени. Этот подход, разработанный компанией Pacific Biosciences, заключается в наблюдении за работой фермента ДНК-полимеразы. Эта молекула занимается синтезом цепи ДНК на основе другой цепи. При этом нуклеотиды, которые встраиваются в создаваемую копию нуклеиновой кислоты, снабжены различными флуоресцентными метками. С помощью конфонкального микроскопа можно различить свет, испускаемый вставленным полимеразой нуклеотидом, и таким образом определить всю последовательность ДНК.
Изображение: Enrique Ibarra-Laclette and Claudia Anahí Pérez-Torres
Главное преимущество этого метода перед другими типами секвенирования — способность расшифровать последовательность ДНК длиной несколько тысяч нуклеотидов. Это позволило ученым собрать наиболее полный и точный геном пузырчатки. После этого исследователи идентифицировали тандемные повторы. Тот факт, что они сохранились несмотря на очищающее давление естественного отбора, говорит о том, что эти гены наделяют организм каким-то эволюционным преимуществом. При этом важное значение имеет то, что у этих генов несколько копий.
В отличие от механизмов, чувствительных к дозе белковых продуктов, существуют процессы, которые, наоборот, протекают быстрее и лучше от того, что их обслуживают несколько одинаковых генов.
Исследователи выяснили, что повторы включали ДНК, которая отвечает за синтез таких белков, как, например, протеазы. Эти ферменты расщепляют другие белки и, видимо, участвуют в разложении органических веществ, составляющих ткани жертвы. Кроме того, была найдена ДНК, участвующая в транспорте пептидов из одной клетки растения в другую. Все эти гены особо активны в пузырях-ловушках, что указывает на их важную роль в переваривании добычи. Также ученым удалось идентифицировать гены, связанные с обеспечением необходимого уровня кислотности внутри пузырей и эластичности их стенок.
Естественно, чем больше расщепляющих ферментов и транспортирующих белков, тем эффективнее протекает процесс пищеварения. Белки, обеспечивающие эластичность стенок, также необходимы в больших количествах, поскольку внутри камер создается мощное отрицательное давление.
Результаты работы показали, что в видообразовании растений-хищников огромную роль играет появление лишних копий генов. Непентесы, росянки, мухоловки и пузырчатки, как правило, произрастают в местах, бедных минеральными веществами, поэтому для выживания им необходимо эффективно извлекать органику из пойманных насекомых, что трудноосуществимо без тандемных повторов.
Источник