Пузырчатка - хищное растение

Рыбу ловит, но водку вроде не пьёт.
Ну, ловит и ест, конечно, не только рыбу и даже не главным образом рыбу.


Феликс Патури, "Растения - гениальные инженеры природы":

---

...Весьма интересна в этом отношении насекомоядная пузырчатка. Насчитывается более 275 видов этого растения, малоизвестного неспециалистам. Эти водные цветковые растения, занимающиеся ловлей мелких водных животных, могут захватывать свою добычу с помощью множества небольших ловчих пузырьков диаметром 0,3—0,5 миллиметра, которые снабжены небольшой дверцей. [51] Специальный порожек обеспечивает абсолютную водонепроницаемость двери. Нам пока неизвестно, каким способом, но вероятнее всего электрохимическим, удается растению выкачать из пузырька половину воды. В итоге внутри пузырька образуется значительное разрежение. Если кто-либо из мелких водных обитателей, например личинка комара или небольшой головастик, случайно коснется имеющегося на дверце волоска (он напоминает нажимную дверную ручку), то дверца моментально раскроется вовнутрь, ибо внутри пониженное давление. Дверца установлена на пузырьке шарнирно, поэтому, как только уберут «задвижку», она разницей давления втягивается в глубь пузырька. Ботанику Ллойду удалось отснять весь процесс на пленку. Оказалось, что открывание длится всего 1/160 долю секунды. Насекомое быстро втягивается внутрь, словно «проглатывается». Затем дверца закрывается. На это уходит 1/40 доля секунды. После выравнивания давления дверца упруго отжимается назад. Весь процесс протекает настолько стремительно, что напоминает своим быстродействием работу затвора фотоаппарата.

Насекомоядные растения довольно-таки «гуманны». До того как приступить к трапезе, а она длится 12—48 часов, растение быстро убивает свою жертву при помощи химических средств. Какое значение для жизни пузырчатки имеет «охота» на животных, определил еще в 1888 году естествоиспытатель Бюсген. Он установил, что растение, принимающее животную пищу, развивается вдвое быстрее, чем растение-вегетарианец. Позже вносились даже предложения начать широкую культивацию пузырчатки, с тем чтобы с ее помощью вести борьбу с малярией, точнее сказать, с ее разносчиками — комарами.

Вот как описывает способность насекомоядных растений переваривать пищу один из лучших их знатоков Штрели:

«Что касается процесса пищеварения, то здесь хищные растения могут потягаться с желудками животных. Они в состоянии переварить не только живую мускульную ткань насекомых, но и порубленную на мелкие кусочки сырую и жареную говядину или телятину. Не устоят перед их пищеварительными соками ни острый сыр, ни вязкий хрящ, ни богатые азотом семена растений, ни пыльца, ни мелкие осколки костей, ни даже зубная эмаль. Не перевариваются лишь мучнистые, сладкие и кислые вещества».

---

---

Но самую интересную часть растения представляют маленькие, во множестве размещенные между листовыми пластинками, кругленькие, величиной с бусинку, зеленоватые или голубоватые пузырьки. Внутри пустые, пузырьки эти имеют сбоку отверстие, которое закрывается сверху крышечкой. Перед отверстием есть несколько покрытых слизью волосков, которые, вероятно, заключают в себе что-нибудь привлекательное для водяных насекомых. Мелкие ракообразные и инфузории толпами идут на приманку, причем неосторожно поднимают легко открывающуюся крышечку. Крышечка мгновенно закрывается, и попавшаяся жертва поедается растением.

Первое наблюдение этого рода было произведено профессором Коном, который летом 1874 года нашел в одном таком пузырьке целый зверинец маленьких рачков и других водяных животных, напрасно старавшихся вылезти из своей зеленой тюрьмы. Несколько дней спустя они оказались мертвыми, а позднее от них остались только наружные покровы, мягкие же части были съедены.

Затем любопытные опыты эти были повторены Дарвином, который, исследовав множество пузырьков, находил в них всегда массу мелких ракообразных и личинок насекомых, из которых некоторые были даже живыми.

Дальнейшие исследования только все более и более подтверждали, что это присутствие в них ракообразных было явление не случайное, но постоянное, и происходило каждый раз, как растение находилось в воде, где их было в обилии; в последнее же время сделано еще открытие, что пузырчатка не довольствуется ловлей одних ракообразных, но захватывает даже и мелких рыбок.
1 — рыбка, схваченная пузырьком U. vulgaris за головку; 2 — рыбка, схваченная за хвост; 3 — рыбка, схваченная двумя пузырьками; 4 — рыбка внутри пузырька; 5 — часть внутренней поверхности пузырька.

Открытие это сделано профессором Оксфордского университета Мозелей, которому одним из его слушателей принесена была банка с Utricularia vulgaris и только что вышедшими из икринок мальками плотвы (Leuciscus rutilus), из которых многие были так крепко схвачены пузырями, что были уже мертвы.

Заинтересовавшись этим совершенно новым явлением, английский профессор добыл себе другой экземпляр пузырчатки и также поместил в сосуд с только что выклюнувшейся из икры плотвой. Не прошло 6 часов, как уже более дюжины рыбок были схвачены пузырями. При этом иные были пойманы за голову, другие за хвост (рис. 3.21, 1, 2). Одна рыбка была схвачена за живот, а другая сразу за хвост и за голову двумя пузырями (рис. 3.21, 3). Последний факт особенно интересен, так как он ясно доказывает верность некогда высказанного предположения, что плотоядные растения ловят по собственной воле.

Рассматривание пойманной пузырем рыбки под микроскопом не менее интересно. Оказывается, что, попав раз в пузырь, рыбка уже никоим образом оттуда не может выбраться, так как внутренняя поверхность пузыря усажена множеством колючек, которые, будучи расположены подобно зубам в пасти акулы, препятствуют ее выходу (рис. 3.21, 5). И даже чем более жертва делает усилий освободиться, тем более только запутывается.

По прошествии нескольких часов пребывания в пузыре пузырчатки рыбка начинает разлагаться, становится слизистой (рис. 3.21, 4) и мало-помалу всасывается теми колючкообразными присосками, которые препятствуют ее выходу и которые, по всей вероятности, даже ускоряют ее разложение, выделяя из себя какой-нибудь растительный фермент.

Молодые экземпляры пузырчатки растут на дне в иле, а когда разовьется цветочная стрелка, то пузыри, находящиеся под листьями, наполняются воздухом и поднимают растение на поверхность воды. Пузырчатка растет в аквариуме прекрасно. Ее сажают здесь или прямо в песок, или же пускают плавать по воде.

Пузырчатку можно сохранять зимой в виде зимних почек, образующихся на концах сте**ей осенью. Почки эти имеют вид бледно-зеленых, мохнатых шариков, состоящих из массы скученных сте**ей. Их сохраняют в сосудах с водой, а в апреле выставляют на окно теплой комнаты, где они развертываются и превращаются в длинные лентообразные растения (рис. 3.20, внизу).

Любопытное это растение встречается часто по стоячим водам и медленно текущим рекам. Под Москвой особенно много его во Владыкине, в ручье, вливающемся в пруд.

---

Что до того, что она якобы по собственной воле ловит - очевидная ошибка, наверняка попавшая в один пузырёк хвостом или башкой (что вероятнее) рыбка просто дёргалась, мотала пузырёк, и другим своим концом угодила в другой близкорасположенный пузырёк.

---

...

Всасывание

Как ни быстры росянка с мухоловкой, есть хищное растение, которое действует молниеносно: глаз не успевает заметить, куда девается добыча. Но исследователи университетов Греноб** и Фрайбурга применили видеосъемку со скоростью 15 тысяч кадров в секунду и всё рассмотрели (Proceedings of the Royal Society B, 2011, 278, 2909–2914, DOI:10.1098/rspb.2010.2292; AoB PLANTS, 2015, plv140, DOI:10.1093/aobpla/plv140).

Род пузырчаток Utricularia насчитывает около 240 видов, распространенных по всему миру, преимущественно в Южной Америке и Австралии. Они растут на берегах водоемов во влажной почве, на влажных скалах и стволах деревьев, плавают в воде. Настоящих корней у них нет, только корневидные выросты (ризоиды), которые удерживают растение на месте. Ученые работали с тремя водяными видами U. australis, U. inflata и U. vulgaris, которые охотятся, всасывая добычу в ловушки-пузырьки (рис. 5). Жертвами становятся все, кто может поместиться внутри; случается, что голова слишком крупной добычи торчит наружу. Диаметр ловушек варьирует от 0,5 до 6 мм в зависимости от вида.

У ловчего пузырька довольно сложное строение. Его плотные стенки внутри и снаружи покрыты железами. Внешние, скорее всего, участвуют в откачивании воды из ловушки. Внутренние, по мнению исследователей, также должны откачивать воду, а еще выделять пищеварительные ферменты (протеазу, кислую фосфатазу и эстеразу) и всасывать питательные вещества, но какие именно железы за что ответственны, пока неизвестно.

Ловушка закрыта выпуклым люком со свободным нижним краем (рис. 6а).
Рис. 6. Ловушка пузырчатки Utricularia inflata:
а — общий вид пузырька, хорошо видны вогнутые стенки ловушки.
б — взведенная ловушка с вогнутыми стенками и сработавшая (люк справа)

Со стороны камеры вход под люком укреплен утолщенным, отогнутым вверх «порогом». Он снабжен железами, выделяющими полисахаридную слизь, которая помогает сделать вход в ловушку водонепроницаемым и облегчает скольжение люка. Рядом с входом торчат чувствительные волоски: разветвленные «антенны» и нитевидные щетинки. Когда проплывающая мимо добыча эти волоски задевает, люк открывается и ловушка ее поглощает.

Этому молниеносному действию предшествует долгая подготовка: железы ловчего пузырька около часа активно выкачивают из него воду. Из-за разницы давления (внутри пустота, снаружи вода) эластичные стенки ловушки прогибаются, запасая упругую энергию (рис. 6б). В таком состоянии ловушка пузырчатки похожа на сжатую клистирную грушу. Ее можно взвести вручную, сжав пальцами, и она выпустит воду.

Когда люк открывается, вода буквально врывается в пустую ловушку, исследователи даже завихрения наблюдали. У пузырчатки U. inflata скорость течения на расстоянии 500 мкм от входа достигает 1,5 м/с, и у жертвы, попавшей в этот поток, нет шансов на спасение. Все случается за 0,5 мс, затем ловушка заполняется водой, ее стенки расслабляются, и люк примерно за 2,5 мс возвращается в исходное положение. Добыча задыхается в пузырьке, и ее переваривают. Спустя 15–30 мин после захлопывания люка (в зависимости от вида) растение вновь начинает откачивать воду. У пузырчаток многоразовые ловушки.

...

---

Охотники вспороли волку брюхо, и оттуда вышли бабушка и Красная Шапочка, целые и невредимые. А если вскрыть пузырчатку - выйдут водоросли, рачки, а то и вольвоксы. Тоже, наверно, целые и невредимые.

Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. 100-кратное увеличение. Фото И. Сивановича. 1-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital Imaging Competition»

Этот обитатель пруда вовсе не животное, а хищное бескорневое растение — пузырчатка обыкновенная, самое быстрое плотоядное растение в мире, питающееся мелкими насекомыми и ракообразными. На листовой пластинке пузырчатки расположен небольшой округлый пузырек, окруженный покрытыми слизью волосками, с помощью которого хищник заманивает добычу. Внутри ловушки этой водоросли видны захваченные ею десмидиевые водоросли, выделяющиеся необычными симметричными формами.

 

Не только лишь пузырчатка ловит рыбу. Тьфу, то есть раков. Ну то есть хрень всякую водоплавающую.

Мелкое невзрачное многолетнее погружённое в воду травянистое растение. Корней нет, растение свободно плавает в водоёме[3]. Стебли плавающие, нитевидными, с густо расположенными маленькими листьями по 6—9 в мутовках. Листья снабжены удлинённым в виде клина черешком, покрытым на конце длинными ресничками (щетинками) и раковинообразной двустворчатой пластинкой, вздутой посередине, а по краям и на верхней стороне покрытой щетинками[4][5].

При раздражении нежных волосков, находящихся на поверхности листа, он складывается вдоль, при этом края находят один на другой. Мелкие водяные личинки и ракообразные, которые попадаются в эту ловушку, перевариваются растением[4].

 

Совсем не имея корней, альдрованда свободно плавает в водоеме. Ее тонкий, слабо ветвистый травянистый стебель с мутовками из 7—9 листьев, похожих на листья венериной мухоловки, всегда находится под водой. Широкие плоские листообразные черешки листьев сужены возле листовой пластинки, где оканчиваются длинными шиловидными щетинками, которые, как пики, торчат во все стороны.

Листовая пластинка состоит из двух полукруглых, наклоненных одна к другой половинок. Это ловчий аппарат растения. Край листовой пластинки, усаженный заостренными одноклеточными волосками, загнут внутрь. Ближе к центру располагаются четырехлопастные крестовидные желёзки, которые выделяют слизь. В центральной части листовой пластинки, возле главной жилки, имеется множество сидячих округлых пищеварительных желёзок, а также большое количество чувствительных волосков.

Добычей альдрованды служат рачки, туфельки и другие микроскопические обитатели водоемов. Задевая чувствительные волоски листа, они вызывают его закрывание; чем лист моложе, тем он быстрее закрывается. Поэтому ловят животных главным образом молодые листья двух — четырех верхних мутовок. Животные, попавшие в западню, некоторое время продолжают там плавать, но лист смыкается все плотнее и плотнее, пока его плоские края не соприкоснутся. При этом в центральной части листа образуется пузыревидная полость, из которой вода постепенно исчезает, заменяясь воздухом. Как предполагает Н. Г. Холодный (1948), исчезновение воды в пузырьках объясняется всасывающей способностью всех желёзок, а появление воздуха там, вероятно, связано с процессом фотосинтеза в окружающих зеленых клетках листа, которые на свету выделяют кислород. Дольше всего вода сохраняется в углублениях возле жилки, в месте скопления пищеварительных желёзок, где и собираются все пойманные животные. Фабиан, Галан и Салагену (1968) обнаружили, что у альдрованды животная пища усваивается только в зрелых листьях-ловушках, откуда питательные вещества переносятся прямо к точкам роста растения, минуя фотосинтезирующие участки листьев. Незрелые ловушки пищи не усваивают. Многие листья, переварив свой первый улов, вскоре после этого отмирают. Но эту убыль вполне компенсирует быстрое образование новых листьев.

 

А родня пузырчатки еще круче отжигает - ловит только что не кротов.

Подземные ловушки встречаются у пузырчатки (оказывается, больше половины видов этого самого крупного рода хищных растений — наземные или полуназемные!), а также у представителей рода Genlisea и не так давно открытого рода Philcoxia (см. Katherine Rowland, 2012. Hungry plant traps worms underground). Ловят они почвенных протистов и нематод, и опылителям этих растений тоже причинить вред не могут.

 

Подозреваю, что у них должен быть симбиоз: на(под)земные виды ловят червей для водяных. По крайней мере, эволюции стоит поработать в этом направлении.

...с другой стороны - чего вообще удивляться хищным растениям, все они так начинали. И удивляться следует скорее тому, что большинство нашло в себе силы отказаться от разбоя и бандитизма, раскаялись, стали на путь исправления, и ведут мирную тихую жизнь.

Если вы, проплывая мимо ловушки, заденете триггер-волосок (антенну-рукоять), то откроется дверца и вас тут же засосет в пустопорожний пузырек вместе с водой, после чего дверца захлопнется, отрезав путь назад. Весь процесс занимает меньше миллисекунды, что делает пузырчатку самым быстрым хищным растением. Пока вы медленно, но верно разлагаетесь в пищеварительном секрете, через стенки пузыря выкачивается вода, и уже через полчасика ловушка будет вновь готова принимать вкусных гостей. У особо крупной добычи, вроде пойманного за хвост головастика, голова не всегда пролазит – в таком случае она закупоривает вход, пока остальное тело переваривается в пузыре, после чего, размякши, досасывается внутрь и тоже переваривается. А вот хитиновая голова личинки комара не мякнет и, застрявши в дверях, выводит ловушку из строя.

 

Отличия деталей надводных (сверху) и подводных (снизу) цветочков пузырчатки южной (Utricularia australis): венчик, пестик, тычинка, пыльник тычинки, плод.

Цветки у пузырчатки бывают хазмогамными и клейстогамными, тут все понятно. Хазмогамия подразумевает открытые яркие и пахучие цветки, привлекающие опылителей, а клейстогамия – закрытые самоопыляющиеся цветки. У пузырчатки южной (Utricularia australis), что растет в прудах у вулканических озер Больсена и Браччано в области Лацио (Италия), хазмогамские цветки торчат на длинных стеблях выше поверхности воды, а клейстогамческие лежат на ней или погружены под воду. И вот внезапно представители данного вида были обнаружены растущими на дне самих озер на глубине 4–6 метров – причем, что дивно, хазмогамственные! (Да, мы любим поиграться с суффиксами.)

 

Для кого же отращивают хазмогамные цветки эти придонные пузырчатки? Для пчел-подводников, шмелей-ныряльщиков, рыб-опыляльщиков? Может, и некому их опылять в воде и стебли фототропно толкают их в направлении воздушной среды, где куча насекомых, потому и длинные такие? Или раскрытие цветков – это стрессовая реакция на подводные условия после не столь уж давней экологической миграции на дно? Цветки стерильны, плоды абортивны, лаконично пишут ученые. «Ботаническая загадка», как сказано в названии научной публикации.

 

Исследователи из Франции и Германии признали пузырчатку самым быстрым хищным растением в мире. Чтобы зафиксировать рекорд, пришлось снять процесс поимки добычи насекомоядным растением на высокоскоростную видеокамеру.

 

Оказалось, что поначалу пузырчатки выкачивают воду из ловчих пузырьков. Каждый снабжен отверстием, закрытым полукруглым клапаном, открывающимся внутрь. «Пузырёк „сдувается“, в его стенках накапливается энергия упругости, такая же, как в натянутой тетиве лука. Кроме того, на растении образуется впадина, как на пипетке со сжатым резиновым наконечником», — поясняет Филипп.

Когда добыча приближается к ловушке и дотрагивается до чувствительных волосков на клапане, энергия высвобождается. Происходит потеря устойчивости, «дверца» резко открывается, и жертва вместе с потоком воды, вызванным перепадом давления, устремляется в пузырёк.

Так же быстро клапан закрывается, и добыча уже не может сбежать из ловчего пузырька хищного растения, которому остаётся лишь переварить еду.

Жертва втягивается в ловушку меньше чем за миллисекунду. Получается, что скорость реакции пузырчатки даже больше, чем у Венериной мухоловки (Dionaea muscipula). (Кстати, учёные раскрыли секрет большой скорости захлопывания её листьев.) .

 

Carnivorous aquatic Utricularia species catch small prey animals using millimetre-sized underwater suction traps, which have fascinated scientists since Darwin's early work on carnivorous plants. Suction takes place after mechanical triggering and is owing to a release of stored elastic energy in the trap body accompanied by a very fast opening and closing of a trapdoor, which otherwise closes the trap entrance watertight. The exceptional trapping speed—far above human visual perception—impeded profound investigations until now. Using high-speed video imaging and special microscopy techniques, we obtained fully time-resolved recordings of the door movement. We found that this unique trapping mechanism conducts suction in less than a millisecond and therefore ranks among the fastest plant movements known. Fluid acceleration reaches very high values, leaving little chance for prey animals to escape. We discovered that the door deformation is morphologically predetermined, and actually performs a buckling/unbuckling process, including a complete trapdoor curvature inversion. This process, which we predict using dynamical simulations and simple theoretical models, is highly reproducible: the traps are autonomously repetitive as they fire spontaneously after 5–20 h and reset actively to their ready-to-catch condition.