Светящийся белок помог узнать устройство "памяти" у венериных мухоловок
"Мы сделали первый шаг к тому, чтобы узнать историю эволюции хищничества среди растений и их способности совершать самостоятельные движения. У многих организмов есть множество интересных, но пока необъясненных биологических механизмов и трюков. Наша команда систематически изучает их и пытается понять, как работают все эти чудеса природы", – рассказал один из авторов работы, профессор Национального института фундаментальной биологии (Япония) Мицуясу Хасэбэ, слова которого приводит научный журнал Nature Plants.
На Земле существует несколько десятков видов растений, которые могут приманивать насекомых, ловить их и использовать эту живую добычу для своих целей. К примеру, росянки, венерины мухоловки и кувшины-непентесы ловят и переваривают пойманных беспозвоночных, используя их в качестве источника питательных веществ.
Другие растения, такие как популярный декоративный цветок церопегия, приманивают плотоядных мух с помощью феромонов умирающих пчел, ловят их и используют как разносчиков пыльцы. Механизмы работы всех этих приспособлений ученые исследуют уже не одно столетие, пытаясь понять, как возникли подобные охотничьи "инструменты", и выяснить механизмы их работы.
Одна из самых изученных систем такого рода – ловушки венериных мухоловок (Dionaea muscipula). Биологи считают, что они представляют собой видоизмененный лист растения, который превратился в живой аналог сжатой пружины, готовой разжаться при малейшем внешнем стимуле. Источником этого стимула служат шесть волосков, которыми покрыта внутренняя оболочка ловушек.
Если насекомое касается одного или нескольких подобных выростов в течение 20 или 30 секунд, то ловушка захлопывается. В результате дальнейших движений жертвы она закрывается еще сильнее и лист начинает вырабатывать вещества, которые необходимы для переваривания добычи.
Профессор Хасэбэ отметил, что у растений нет нейронов или других специализированных клеток, которые многоклеточные животные используют для хранения информации. Поэтому биологов давно интересует то, как венерины мухоловки "запоминают" то, что их уже кто-то касался в предыдущие полминуты, а затем "сбрасывают" память.
Примерно 40 лет назад ученые из Германии предположили, что роль подобной памяти могут выполнять изменения в концентрации ионов кальция, которые управляют работой "пружин" в ловушках венериных мухоловок. Однако они не могли проверить эту теорию, так как методов измерения концентрации ионов кальция в клетках тогда просто не было.
Эту задачу решили японские молекулярные биологи. Они модифицировали геном венериных мухоловок таким образом, что те начали производить молекулы белка, который светится в присутствии кальция. Вырастив несколько подобных растений, ученые поместили их в темную комнату и начали следить за их реакцией на прикосновения.
Оказалось, что ловушки мухоловок действительно начинали светиться, когда ученые трогали их иглами или палочками. Сначала это свечение резко вырастало, а затем постепенно угасало, если в следующие 20–30 секунд второго касания не происходило. Повторный контакт с волосками заставлял ловушку светиться еще сильнее, в результате чего она схлопывалась и начинался процесс пищеварения.
Все это, как считают японские исследователи, подтверждает теорию их немецких коллег и говорит о том, что эти хищные растения действительно используют ионы кальция как непрерывно обновляемую "память", которая помогает им хранить информацию о недавно случившихся событиях.
Хасэбэ и его коллеги надеются, что дальнейшее изучение того, как меняется концентрация кальция в клетках и листьях ловушек, поможет им понять, как предки венериных мухоловок выработали подобную способность, а также то, какую роль она могла играть еще до того, как те стали хищными растениями.
Фото: pixabay.com