Ученые генетически изменили венерическую мухоловку так, чтобы она светилась зеленым в ответ на внешнюю стимуляцию, что дало важные подсказки о том, как работает краткосрочная «память» растения.

Ученые продолжают выяснять механизмы, с помощью которых венерианская мухоловка может определить, когда она поймала вкусное насекомое в качестве добычи, а не несъедобный объект (или просто ложную тревогу). Есть свидетельства того, что у плотоядных растений есть что-то вроде кратковременной «памяти», и группа японских ученых нашла доказательства того, что механизм этой памяти заключается в изменениях концентрации кальция в его листьях. недавняя статья опубликовано в журнале Nature Plants.

Венерина мухоловка привлекает свою добычу приятным фруктовым ароматом. Когда насекомое приземляется на лист, оно стимулирует высокочувствительные триггерные волоски, выстилающие лист. Когда давление станет достаточно сильным, чтобы согнуть эти волоски, растение захлопнет свои листья и захватит насекомое внутри. Длинные реснички захватывают и удерживают насекомое на месте, как пальцы, поскольку растение начинает выделять пищеварительный сок. Насекомое переваривается медленно в течение 5–12 дней, после чего ловушка снова открывается, выпуская высохшую шелуху насекомого на ветер.

Назад в 2016 году, команда немецких ученых обнаружил, что Венерина мухоловка на самом деле может «подсчитать», сколько раз что-то касается ее покрытых волосами листьев — способность, которая помогает растению отличать присутствие добычи от небольшого ореха, камня или даже мертвого насекомого. Ученые обстреливали листья опытных растений механо-электрическими импульсами разной интенсивности и измеряли реакцию. Оказывается, растение обнаруживает этот первый «потенциал действия», но не сразу же закрывается, ожидая, пока второй разряд не подтвердит присутствие настоящей добычи, после чего ловушка закрывается.

Читайте также:
ColorOS 11 превращается в одну из самых крутых оверлеев! В конкурсе таких функций нет

Но мухоловка Венеры не закрывается полностью и не производит пищеварительные ферменты, чтобы съесть добычу, пока волоски не сработают еще три раза (всего пять стимулов). Немецкие ученые сравнили такое поведение с проведением элементарного анализа соотношения затрат и результатов, в котором количество запускающих стимулов помогает венеринской мухоловке определить размер и питательную ценность любой потенциальной жертвы, борющейся в ее пасти, и стоит ли это усилий. В противном случае ловушка высвободит все, что было поймано в течение 12 часов или около того. (Другое средство С помощью которого венерианская мухоловка отличит несъедобный объект от реальной добычи является специальный рецептор хитина. У большинства насекомых есть экзоскелет из хитина, поэтому растение будет вырабатывать еще больше пищеварительных ферментов в ответ на присутствие хитина.)

Подразумевается, что мухоловка Венеры должна иметь какой-то механизм кратковременной памяти, чтобы это работало, поскольку она должна «запоминать» первую стимуляцию достаточно долго, чтобы вторая стимуляция была зарегистрирована. Прошлые исследования предположил, что сдвиги в концентрациях ионов кальция играют определенную роль, хотя отсутствие каких-либо средств для измерения этих концентраций, не повреждая клетки листа, не позволяет ученым проверить эту теорию.

Визуализация изменений внутриклеточной концентрации кальция венерианской мухоловки с помощью флуоресцентного кальциевого сенсора GCaMP6 после стимуляции иглой.
Увеличить / Визуализация изменений внутриклеточной концентрации кальция венерианской мухоловки с помощью флуоресцентного кальциевого сенсора GCaMP6 после стимуляции иглой.

Вот тут-то и пригодится это последнее исследование. Японская команда выяснила, как ввести ген для сенсорного белка кальция, называемого GCaMP6, который светится зеленым светом, когда связывается с кальцием. Эта зеленая флуоресценция позволила команде визуально отслеживать изменения концентрации кальция в ответ на стимуляцию чувствительных волосков растения иглой.

Читайте также:
На некоторые телефоны EMUI 11 можно будет установить HarmonyOS.

«Я перепробовал так много экспериментов за два с половиной года, но все они потерпели неудачу», сказал соавтор Хираку Суда, аспирант Национального института фундаментальной биологии (NIBB) в Окадзаки, Япония. «Венерина мухоловка была настолько привлекательной системой, что я не сдавался. Наконец я заметил, что чужеродная ДНК интегрировалась с высокой эффективностью в венерическую мухоловку, выращенную в темноте. Это была маленькая, но незаменимая подсказка».

Результаты подтвердили гипотезу о том, что первый стимул вызывает высвобождение кальция, но концентрация не достигает критического порога, который сигнализирует о закрытии ловушки без второго притока кальция от второго стимула. Однако второй стимул должен произойти в течение 30 секунд, поскольку со временем концентрация кальция снижается. Если между первым и вторым стимулами проходит больше 30 секунд, ловушка не закроется. Таким образом, увеличение и уменьшение концентрации кальция в клетках листа действительно, похоже, служит своего рода кратковременной памятью Венеринской мухоловки.

Следующим шагом будет исследование связи между концентрацией кальция и электрической сетью растения, которая преобразует движение добычи, пойманной в ловушку, в небольшие электрические заряды, которые распространяются по клеткам. Ученые уже знали, что существует тесная связь между кальцием и этими электрическими сигналами у многих растений, поэтому неудивительно, что подобная связь может существовать в мухоловке Венеры. Что не ясно, так это то, как эти две системы работают вместе.

«Это первый шаг к раскрытию эволюции движения растений и хищничества, а также лежащих в основе механизмов», сказал соавтор Мицуясу Хасебе, профессор и заместитель генерального директора NIBB. «Многие растения и животные обладают интересными, но неизученными биологическими особенностями».

Читайте также:
Поставщики Apple Store описывают, что их «давят» из-за более строгих условий оплаты и модели консигнации

DOI: Природные растения, 2020. 10.1038 / s41477-020-00773-1 (О DOI).

Изображение листинга: Andia / Universal Images Group через Getty Images