Венерината мухоловка се затваря светкавично с механизъм, който никой не е очаквал

В мига, в който муха кацне върху венерината мухоловка, листният капан се затваря по-бързо от почти всичко друго в растителния свят. Учебниците предлагат обяснение, което до голяма степен не бе оспорвано повече от век.

Внимателното разглеждане на капаните, хванати по средата на движението, сега показва, че дългогодишното обяснение е погрешно и реалният механизъм е друг.

Устата на венерината мухоловка всъщност е видоизменен лист, разделен на две шарнирно свързани страници, оградени с твърди шипове. Лесно е се вижда как се затваря. Обяснението на силата, която задвижва това движение, е разочаровало ботаниците поколения наред.

Джонгън Рю (Jeongeun Ryu), физик, ръководил експериментите като постдокторант в университета Екс-Марсилия (AMU) във Франция се заема да разреши проблема със старшия автор на лабораторията, Йоел Фортер (Yoël Forterre).

Малки власинки-спусъци са разположени от вътрешната страна на всеки сегмент на капана. Ако докоснете единото два пъти в близка последователност, растението изпраща електрически импулс, преминаващ през листа - реакция, която по-ранни изследвания са проследили до тези власинки.

Тайно съхранявано напрежение

Електрическият сигнал указва на капана да се задейства, но не разказва нищо за механиката на щракването му. За целта трябва да се разбере как е устроен отвореният капан.

През 2005 г. Фортер и колегите му показват, че сегментите на капана се извиват навън, задържани под натрупано напрежение и готови за освобождаване.

Тяхното проучване установява, че те се обръщат навътре в момента, в който напрежението се освободи, затваряйки капана за една десета от секундата.

Капанът щраква в момента, в който извитата повърхност внезапно обръща, прескача в противоположната си крива, след като е била избутана отвъд точката на преобръщане.

Работата от 2005 г. определя геометрията, но никога не изяснява какво задейства капана.

Най-голямата загадка на капана

Познанието, че сегментите на капана са под натрупано напрежение, само изостря истинския въпрос: Какво изведнъж освобождава това напрежение? В продължение на повече от век доминира един отговор.

Водещата идея е била, че водата нахлува през листа, когато е задействана, подувайки външните клетки, докато лобовете се изкривят. Това се вписва идеално в знанията за това как се движат растенията.

Растенията се движат, като пренасят вода. Цветовете се отварят и листата увисват, всичко това задвижвано от течност, пълзяща между клетките. Но компресирането на този процес до една десета от секундата изисква много повече, отколкото бавният транспорт на вода може да осигури.

Улавяне на снимката с камера

Познанието, че сегментите на капана са под натрупано напрежение, само изостря истинския въпрос: Какво изведнъж освобождава това напрежение? В продължение на повече от век доминира един отговор.

Основната идея е била, че водата нахлува през листа, когато е задействана, подувайки външните клетки, докато сегментите на капана се изкривят. Това се вписва идеално в представите как се движат растенията.

Растенията се движат, пренасяйкит вода. Цветовете се отварят и листата увисват, всичко това се задвижва от течност, циркулираща между клетките. Но компресирането на този процес до една десета от секундата изисква много повече, отколкото бавният транспорт на вода може да осигури.

Стените омекват

Клетъчните стени на външната обвивка на капана се размекват. Това са твърдите обвивки, които поддържат всяка растителна клетка здрава. Когато капанът се задейства, стените се разхлабват с приблизително 30 до 40%.

Това спадане, твърдят изследователите, е било достатъчно, за да освободи натрупаното напрежение и да изхвърли сегментите навътре.

Страниците на капана никога не се чупят, не се разкъсват или смачкват. Вместо това, те просто стават по-гъвкави за миг и това е всичко необходимо, за да се задейства щракането на капана.

Никой не е измервал растение, правещо това преди. Клетките непрекъснато разхлабват стените си, за да растат, но този процес отнема часове или дни, но никое друго растение не е наблюдавано как клетъчните стени променят твърдостта си толкова бързо, камо ли достатъчно бързо, за да предизвикат толкова рязко движение.

Превръщане на растежа в скорост

Това, което поразява изследователите, не е че венерината мухоловка е изобретила нещо ново, а че е взела обичайна за растенията способност и я е довела до екстремно състояние. Разхлабването на клетъчните стени е просто начинът, по който растенията растат.

Разликата е в темпото. Растящото стъбло омекотява стените си в течение на дни - венерината мухоловка го прави за около секунда, превръщайки бавния процес на растеж в спусък за светкавично бързо движение.

"Едно от най-емблематичните растения в света все още може да ни изненада", коментира Фортер.

Химията, която разхлабва стените толкова бързо, остава неизвестна, оставяйки следващия пъзел широко отворен.

От растения до роботика

Откритието слага край на дебат, започнал по времето на Дарвин. Затварянето на капана не зависи от изпомпването на вода през листа, а от бързото омекотяване на външните стени на капана, а съхраненото напрежение довършва работата.

Уреждането на биологичния аспект дава на инженерите и нова идея. Материал, който се движи чрез краткотрайно омекване, а не чрез изпомпване на течност или задвижване на двигател, е точно този трик, който меката роботика продължава да търси.

Устройства, вдъхновени от мухоловките, вече имитират съхранената еластична енергия на капана и внезапното щракване. Откритието, че растението задейства този механизъм чрез краткотрайно омекотяване на клетъчните си стени, дава на тези конструкции по-прецизна цел.

Справка: Jacques Dumais, Exceeding nature’s biological speed limits. Science 392, 1127-1128(2026). DOI: 10.1126/science.aei3453

Източник: Venus flytrap snaps shut using a mechanism nobody expected, Eric Ralls, Earth.com 

Още по темата

17/10/2020

Животът

Как венерината мухоловка запазва краткосрочен спомен за жертвите си (видео)

13/07/2017

Животът

Дървото, което убива птиците (видео)

08/02/2017

Животът

Как растенията се превърнаха в хищници

22/01/2016

Животът

Насекомоядно растение отброява стъпките на жертвите си (видео)