Учёные выяснили, как хищные растения развили "жажду крови"

Учёные расшифровали геном австралийского насекомоядного растения, имеющего хитрые приспособления для заманивания насекомых прямо в смертельную ловушку. Работа генетиков помогла им ответить на давний вопрос: почему некоторые растения стали хищниками?

Издавна учёных интересовало, каким образом растения, обитающие в совершенно разных уголках мира, развили, что называется, "жажду крови". С этой целью исследователи изучали австралийский цефалот мешочковый (Cephalotus follicularis), а затем сравнили полученную информацию с генетическими данными других хищных растений, найденных в Северной Америке и тропической части Азии. В частности, с саррацении пурпурной (Sarracenia purpurea) и непентесом (Nepenthes alata).

На снимке цефалот мешочковый. Именно его геном недавно расшифровали учёные.
Фото Global Look Press.

Все эти растения похожи между собой: они обладают чашевидными листьями, которые внутри являются довольно скользкими, так что насекомым, попавшим внутрь, очень трудно выбраться из ловушки. Добыча, попавшая в "хищную" часть, подвергается воздействию особоого "коктейля" из ферментов, который поможет переварить насекомое. Таким образом растение сможет поглотить питательные вещества из своей неосторожной жертвы.

Учёные установили, что цефалот мешочковый является более близким "родственником" карамболы (Averrhoa carambola), чем другие виды плотоядных растений. Тем не менее, данные говорят о том, что хищный способ поведения развивался параллельно у совершенно далёких друг от друга растений.

"Звучит очень парадоксально, что именно растения начинали жевать животных, а не наоборот. Но мы действительно имеем дело с классическим случаем конвергентной эволюции", — говорит руководитель команды исследователей, которая и секвенировала геном растений, Виктор Альберт (Victor Albert) из Нью-Йоркского университета в Буффало.

Поясним, что конвергентной эволюцией называют процесс, при котором возникает сходство между организмами различных систематических групп, обитающих в похожих условиях.

Исследователи обнаружили, что биологические механизмы растений для переваривания добычи были удивительным образом схожи. Хотя, снова обратим на это внимание, все растения развивали свои "хищнические" способности в разных средах.

Специалисты смогли выявить гены, кодирующие белки, которые участвуют в переваривании насекомых. Кроме того, они проанализировали тот самый "коктейль" из ферментов (жидкость, помогающую растениям расщеплять насекомых) у всех трёх видов хищных растений.

Оказалось, что каждое из них "перепрофилировало" особые белки, которые обычно вырабатываются вблизи клеточных стенок. Последние сигнализируют об ущербе, полученном от травоядных растений или окружающей среды. Такие элементы теперь помогают растениям переваривать насекомых, которым не повезло застрять внутри ловушек.

В частности, хитиназы расщепляют насекомых, а кислая фосфатаза позволяет насекомоядным растениям поглощать питательные вещества из своих жертв.

Работа говорит о том, что существует довольно ограниченные способы "превращения" обыкновенных растений в плотоядных, добавляет Альберт.

"Изучаемые растения обладают ограниченным набором инструментов, и все они попытались использовать его, чтобы видоизмениться. В конце концов, решение было найдено", — заключает учёный.

Остаётся ещё один – возможно, самый главный – вопрос: почему одни растения развили в себе хищнические способности, а другие нет? Исследователи полагают, что ответ кроется в окружающей среде, а именно – нехватке питательных элементов (азота и фосфора), необходимых для полноценного развития.

Специалисты, изучая геном хищных растений, выяснили, что все они приобрели один и тот же смертоносный молекулярный "рецепт". Судя по всему, пишут учёные, каждое изучаемое растение адаптировалось к своему собственному месту обитания, бедному питательными веществами. И все они использовали очень схожие тактики. Таким образом, они пытались получить азот и фосфор из своей добычи, считают учёные.

"Хищные растения очень часто обитают именно в средах, бедных питательными веществами. Так что развитие навыков для ловли и переваривания насекомых могло стать для растений необходимым условием, учитывая дефицит других источников питания", — поясняет другой автор работы Кегджи Фукусима (Kenji Fukushima).

Тот факт, что все три вида хищных растений выбрали схожий эволюционный путь, вовсе не означает, что не существовало других вариантов. Но, вероятнее всего, "перепрофилирование" белков стало наиболее реальным способом выживания в существующих условиях, считают эксперты.

Результаты исследования и ответ на давнюю загадку опубликованы в научном издании Nature Ecology and Evolution.