Хищный цветок: как растения взбунтовались и оказались наверху пищевой цепи

Щупальца медленно обвиваются вокруг насекомого. На красноватых волосках блестит ферментное вещество, к которому прилипает маленькая жертва. Затем она растворяется и переваривается растением.

Именно в таких картинах черпают вдохновение сценаристы ужастиков про другие планеты. Но растения, которые питаются насекомыми и мелкими представителями животного мира (ящерицами, птенцами и т.п.), вполне обычны на нашей собственной планете. 

На фото: росянка двухсложная

Огромное большинство растений получают питательные вещества (углеводы) путем фотосинтеза, а также извлекают из почвы азот, необходимый для построения белка, и некоторые другие минералы. Такой тип питания называется автотрофным — это означает, что организм самостоятельно синтезирует нужные органические вещества из неорганических. Кроме того, растениям приходится эволюционировать так, чтобы привлечь насекомых-опылителей и защититься от вредителей. 

Но часть растений не стали “мириться” с бедностью своих родных почв и выбрали совершенно другой путь. Они изменили ход игры – ловят и поедают богатую питательными веществами животную пищу, то есть освоили одну из форм гетеротрофного питания и возглавили пищевую цепь.

Эволюция растений-хищников происходила по всему миру на заболоченных участках, бедных песчаных почвах, в горах, в пресных водоемах, в тропических дождевых лесах. Плотоядность дает растениям возможность значительно улучшить рацион и дополнить его как необходимым азотом, так и другими минеральными веществами. 

Может ли растение-хищник съесть крупное животное?

Эти растения называются насекомоядными, хотя едят они не только насекомых, но и мелких зверушек — их жертвами становятся лягушки, змеи, ящерицы, грызуны и мелкие птицы. 

Пока что биологам неизвестны хищные растения, способные одолеть крупную жертву — в том числе человека.  Самое большое хищное растение, известное на сегодня, – это непентес Аттенборо (Nepenthes attenboroughii). Достигая 1,5 метров в высоту и имея ловушку в форме кувшина диаметром 30 см, оно может питаться крысами и другими мелкими животными. Это растение встречается в Новой Гвинее, на склонах высочайшего пика страны — горы Виктория, на высоте более полутора километров. Самое крупное насекомоядное растение в мире случайно открыли христианские миссионеры, когда в 2000 году совершали восхождение на этот четырехтысячник.

Самое известное растение-хищник — пожалуй, венерина мухоловка. Обитает в болотах на территории Северной и Южной Каролины (США). Изображения ее ярко-розовых, обрамленных бахромой листочков часто встречаются в популярной культуре: мультиках, мемах. Однако это лишь один из нескольких известных родов плотоядных растений. Есть еще пузырчатка и жирянка, росянка и солнечный кувшин, обезьянья чашка (непентес) и другие роды.

Из растения в хищники: запасная ветка эволюции

Чарльз Дарвин одним из первых активно изучал насекомоядные растения. Его перу принадлежит книга “Насекомоядные растения” («Insectivorous Plants», 1875), которая до сих пор считается одним из наиболее фундаментальных трудов в области плотоядных растений. В частности, Дарвин проводил эксперименты, чтобы понять, как растения приманивают и хватают жертву, как переваривают, насколько чувствительны к прикосновениям. 

В какой момент некоторые растения начали развиваться как хищники? Точно неизвестно. Окаменелая пыльца древних хищных растений свидетельствует, что они существовали уже в раннемеловом периоде. Возможно, что растения вначале защищались таким образом от поедания, а затем оценили возможность извлекать питательные вещества из переваренных насекомых.

Есть версия, что изначальным толчком стала генетическая аномалия, произошедшая около 70 млн лет назад. Исследователи из Вюрцбургского университета (Германия) провели параллели в геноме и анатомии трех видов растений хищников: Венериной мухоловки (Dionaea muscipula), ее водяной родственницы Альдрованде пузырчатой (Aldrovanda vesiculosa) и Росянки хищной (Drosera spatulata). 

У этих растений обнаружился общий предок, который питался через корни. В результате генетической аномалии геном этого древнего растения полностью реплицировался, — образовались две копии одного и того же набора генов. Соответственно, вдвое выросла частота разных мутаций, в том числе полезных. Постепенно листочки трансформировались в ловушки, и растение научилось усваивать полезные вещества из переваренных насекомых. А когда этот механизм был доведен до совершенства, нужда в корнях отпала, они постепенно атрофировались и наконец совсем исчезли. Далее в процессе эволюции растения научились вырабатывать специальные вещества как для приманивания пищи, так и переваривания ее.

В пользу гипотезы об одном общем предке всех плотоядных растений говорит то, что растения, которые эволюционировали на разных континентах вдали друг от друга, полагаются на поразительно похожие приемы переваривания добычи.

Что такое растение хищник?

Растения-хищники чаще всего встречаются во влажном климате – тропики с дождевыми лесами, болота и т.п. В этих местах мало микроэлементов, которые важны для здоровой жизни растения. Поэтому, помимо фотосинтеза, они получают недостающие элементы из животной пищи.

Есть масса разных классификаций, однако все насекомоядные растения можно разделить на две группы: 

• те, которые активно ловят насекомых – у них есть активные органы для ловли (росянка, мухоловка),
• те, которые ждут, пока насекомое само придет к ним на обед – со слизистыми и клейкими выделениями на листьях, к которым прилипают жертвы (росолист, жирянка), и с ловушками – кувшинчиками, пузырьками и тому подобным (пузырчатка, непентес, саррацения).

Все плотоядные растения используют всего пять видов ловушек: ловчие листья в форме кувшинов; листья, которые смыкаются в виде капканов; липкие ловушки, засасывающие ловушки и ловушки типа крабовой клешни.

Самые известные растения хищники

На фото — венерина мухоловка

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula). Принадлежит к роду росянковых. Ее видоизмененные листья похожи на капкан с чувствительными ворсинками. Листья зеленые, с красной внутренней “подкладкой”. По краям такой ловушки расположены железы, выделяющие привлекающий насекомых сладкий нектар. Когда насекомое касается ворсинок, лист-капкан схлопывается и насекомое оказывается в ловушке. Изнутри ловушку открыть невозможно, да и снаружи — только оторвать листок. В норме  каждая ловушка может открыться и закрыться три раза, прежде чем засохнет и отвалится. Вместо нее вырастет новая из подземного ростка. Жертвами мухоловки становятся мухи, муравьи, кузнечики, жуки. 

На фото — австралийская росянка

Росянка (Drosera). Листья росянки выглядят как длинные, усаженные тонкими ворсинками «щупальца». На концах ворсинок — капельки жидкости, напоминающей росу. Стоит обманутому насекомому присесть на эти ворсинки, как оно прилипает к листочку. Это вовсе не роса, а  смесь бензойной и муравьиной кислот с пищеварительными ферментами (типа пепсина). Листок-щупальце медленно сворачивается, обвивает жертву, не давая ей убежать, а липкая жидкость тем временем переваривает и разрушает насекомое, пока не останется только его экзоскелет. Процесс переваривания может занять до нескольких дней. Разные виды росянок встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Одна из красивейших представителей росянок – росянка капская (Drosera capensis). Невысокое растеньице с очаровательными нежными цветочками родом из Южной Африки. 

На фото — пузырчатка Сандерсона

Пузырчатка (Utricularia) — большой род плотоядных растений, включающий как водные, так и наземные виды, в основном обитающие в тропиках. Водные пузырчатки растут в водоемах, наземные — по берегам. Ловчие пузырьки состоят не из листьев, они  расположены на корневой системе и похожи на крошечные сферы с дверцей-люком. Когда насекомое открывает люк, пузырь наполняется водой, засасывая насекомое.

На фото — саррацения пурпурная

Саррацения пурпурная (Sarracenia purpurea) — один из наиболее известных представителей рода Саррацения (кувшинных ловцов) родом из Северной Америки. У саррацении пурпурной зелено-розовые листья в форме узких кувшинчиков, которые наполнены  смесью дождевой воды и пищеварительных соков. Весной она цветет красивыми, сложной формы пурпурными соцветиями. Яркие краски и сладкий аромат привлекают насекомых, которые периодически падают с цветка или с края листочка в кувшинчик — и становятся едой. 

Очень примечательно, что саррацения пурпурная приспособилась к симбиозу с личинками комаров и мошек, а также простейших и бактерий. Все они обитают в жидкости внутри кувшинчика, и именно эти добровольные помощники расщепляют и переваривают жертву. двойная выгода: они получают пищу сами, а в процессе жизнедеятельности выделяют вещества, которые усваивает растение. Поэтому саррацения пурпурная почти не тратит ресурсы на синтез собственных пищеварительных ферментов — пользуется чужими.

На фото — дарлингтония

Дарлингтония — еще один представитель рода Саррацения. Выглядит не так презентабельно: зеленые, с коричневыми прожилками листья-кувшины похожи скорее на раздутый капюшон кобры, поэтоу дарлингтонию иногда называют цветком-коброй. Листья имеют характерный запах, привлекающий насекомых. Внутри листья покрыты волосками, которые направлены так, чтобы насекомое легко проскальзывало внутрь, но не могло выбраться наружу. 

Современные исследования растений-хищников

Одно из недавних исследований показало, что некоторые плотоядные растения зависят от насекомых-опылителей. Их двойная зависимость от насекомых как источника питания и как опылителей становится серьезной проблемой. Если сжирать слишком многих полезных опылителей, растения не смогут размножаться. Поэтому в ходе эволюции у этих растений выработались сигналы насекомым для разных «потребностей»: ловушки и цветки пахнут по-разному и отличаются цветом.

В 2016 году немецкие биологи выяснили, что венерина мухоловка (Dionaea muscipula) умеет «считать», причем не до двух, а гораздо больше. Ранее было известно, что ловушка захлопывается всегда после второго прикосновения к чувствительным волоскам. Однако теперь установлено, что, когда ловушка уже сработала и насекомое бьется внутри, растение продолжает “подсчитывать” каждое прикосновение к ворсинкам, которое служит механо-электрическим триггером для запуска очередного процесса: после трех касаний начинается выработка ферментов, после пяти — поглощение питательных веществ. Звучит жутковато. 

Исследование, проведенное в Швеции в 2012 году биологами из университета Лафборо, привело к довольно неожиданным результатам. Оказалось, что растения-хищники легко переходят к “вегетарианству”, если находят богатый источник питания в почве. Шведские болота, несмотря на высокие национальные экологические стандарты, местами загрязнены автомобильными выхлопами и промышленными выбросами, что повышает содержание азота в почвах. Оказалось, что в зонах с самым высоким загрязнением плотоядные растения получают только 20%-30% питательных веществ из насекомых, тогда как в чистых зонах — до 60%.

На фото — росянка круглолистная

Хищные растения дома

Конечно, эти растения не все мечтают держать у себя. Однако маленькие виды (росянка, венерина мухоловка, дарлингтония) вполне могут жить у вас на подоконнике и радовать, за ними очень интересно наблюдать. Плотоядные растения – это поистине уникальное явление природы.

Влажная почва из смеси песка с торфом, но с хорошим дренажом, — и ваш хищник будет неплохо себя чувствовать в горшке или террариуме. Важно: не подкармливать их специальными добавками – это их убьет.

Растеньице должно стоять там, где на него не будет попадать прямой солнечный свет. Поливайте его отфильтрованной водой и кормите насекомыми (жаль, что не тараканами).

Если у вас есть желание завести такого любимца – поищите дополнительную информацию на тематических форумах и сайтах. Как и всем живым существам, хищным цветам важен правильный уход.