Растения-хищники: как работают насекомоядные цветы
В природе около 600 насекомоядных растений (хотя есть и те, что питаются мышами и птицами), и у каждого особая ловушка. Ее внешний вид, размер и дополнительные элементы определяют, какая жертва туда, скорее всего, попадет. Цветочные кувшины принимают разные обличья: от трубок до бокалов. Некоторые — с шиповидными зубцами. Чтобы объяснить, почему они так сильно различаются, ученые даже разработали целую математическую модель.
Зачем растения «охотятся»?
Заманивать насекомых в ловушку растениям-хищникам помогают яркая окраска, сладкий нектар и дурманящий запах. Оказавшись в западне, жертва погибает, после чего цветок ее переваривает. Таков способ выживания в среде, где много света и воды, но мало питательных веществ в почве, например на каменистых склонах или в болотах.
Разнообразие хищных представителей флоры отражает их отличные друг от друга стратегии добычи пищи. Например, муравьи становятся жертвами растений в низинах, а летающие насекомые попадают в чаши цветов в горах. Помимо насекомых, пищей могут служить опавшие листья и фекалии млекопитающих.
Одно из самых известных насекомоядных растений — кувшиночник. Сегодня в его роде насчитывается более 180 видов, и у каждого уникальная чаша. Большинство его представителей произрастают в Тропической Азии и Океании: от Сейшельских островов и Мадагаскара до Новой Гвинеи, Северной Австралии и Новой Каледонии.
Непентес Раджа (Nepenthes rajah) — самое крупное плотоядное растение этого вида. Его кувшины способны поймать не только насекомых, но даже ящерицу, жабу, крысу или птицу. Этот эндемик Калимантана — исчезающий вид, торговля которым запрещена международной конвенцией CITES. Произрастает в горных лесах на высоте от 1 500 до 2 650 метров над уровнем моря.
Непентес Раджа Изображение: © LEOCHEN66 / Shutterstock / FOTODOM
Ученые сравнивают эти растения и их высокую адаптивность с некоторыми птицами и рыбами. К примеру, с дарвиновскими вьюрками с их разнообразными формами клюва и отличными друг от друга видами цихлид в Великих Африканских озерах.
Как растения захватывают добычу?
Сверху кувшина находится скользкий бортик — перистом. Он покрыт микроструктурой из гребней и каналов, которые создают водяную пленку. По ней насекомые и соскальзывают в ловушку, на дне которой пищеварительный сок — из него им не выбраться. Форма края кувшина у разных растений отличается: от простых цилиндров до рифленых или зубчатых структур.
Исследователи из University of Oxford рассчитали, насколько сложность конструкции соотносится с энергетическими затратами растения на ее «изготовление», а также с питательной ценностью добычи. Сделать это с помощью наблюдений в естественных условиях — крайне трудная задача, требующая много времени. Поэтому ботаники обратились к математикам. Совместно они разработали модель, которая учитывает геометрические особенности скользких краев: ширину, степень расширения и наклон. Результаты подтвердили догадки: геометрия ловушек определяет, кого именно в нее можно поймать. Например, форма сильно расширенных перистомов подходит для заманивания ползающих насекомых, муравьев и пауков.
У подобных исследований есть не только фундаментальная научная ценность, но и прикладная. Вдохновленные растениями, исследователи предлагают новые технологические и дизайнерские решения. Например, лучше понимая геометрию кувшинов, они создают искусственные поверхности, которые оптимально подходят для скольжения капель.
