Британские биологи обнаружили новый уникальный механизм поимки добычи при помощи капель дождя у тропического плотоядного растения из рода кувшиночников. Изучение формы кувшина этого растения и механизма работы его ловушки может помочь в оптимизации геометрии сложных конструкций и послужить источником вдохновения при разработке устройств для сбора энергии дождя и града.
Реальные фото и графическое представление механизма работы ловушки Nepenthes gracilis / © Anne-Kristin Lenz
Чтобы поймать подвижную добычу, насекомоядным растениям пришлось развить различные механизмы генерации быстрых движений, причем без возможности использования мышц как у животных. Вместо этого они перераспределяют небольшие объемы воды в своих ловушках для накопления упругой энергии, которую затем в нужный момент высвобождают, надежно захватывая добычу. Несмотря на высокую эффективность подобного способа охоты, для перезарядки ловушек необходимо затратить немалое количество энергии, а также времени, за которое потенциальная жертва способна и ускользнуть.
Хищные растения из рода непе́нтес, или кувшиночники, не стали полагаться на скорость. Вместо этого они приманивают и захватывают добычу своими неподвижными ловушками-кувшинами, образованными специализированными листьями. Насекомых привлекает сладкий душистый нектар на скользком «горлышке» кувшина, в погоне за которым жертва соскальзывает в заполненную жидкостью ловушку, где тонет и переваривается.
Над горлышком кувшина нависает небольшая крышка, предотвращающая разбавление его содержимого дождевой водой и обычно не участвующая в захвате добычи. Однако, изучая вид Nepenthes gracilis, исследователи из Бристольского университета (Великобритания) обнаружили дополнительный механизм поимки насекомых, характерный лишь для этого вида кувшиночников. О результатах исследования ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Biology Letters.
Фотографии двух изученных видов Nepenthes gracilis и Nepenthes rafflesiana (a, b). Трехмерные модели, полученные при помощи серийной компьютерной микротомографии (с, d, e) / © Lenz A.-K. and Bauer U., Biology Letters, 2022
Паттерны деформации кувшинов для N. gracilis (a, b) и N. rafflesiana (c, d) / © Lenz A.-K. and Bauer U., Biology Letters, 2022
Авторы работы при помощи серийной компьютерной микротомографии изучили строение крышки кувшина Nepenthes gracilis и сравнили с другим представителем того же рода — Nepenthes rafflesiana. Оказалось, крышка ловушки N. gracilis имеет уникальное строение и превращается буквально в гимнастический трамплин для любого насекомого, оказавшегося на нижней ее части во время дождя. При попадании капли дождя на верхнюю часть крышки, та стремительно опускается, сбрасывая жертву прямо в заполненную жидкостью ловушку.
Nepenthes gracilis ловит добычу, используя энергию капель дождя / © Anne-Kristin Lenz
Однако в обратную сторону крышка разгибается очень плавно за счет особого строения кувшина — чтобы без дополнительных колебаний быть готовой к захвату следующей жертвы. Таким образом, это уникальное растение лишь благодаря изменениям формы ловушки и без дополнительных энергетических затрат повысило вероятность захвата добычи, используя внешний источник энергии.
«Если вы посмотрите на форму кувшина, можно предположить, что деформация происходит в месте наименьшего поперечного сечения, в точке перехода от крышки к основной части кувшина. На самом деле, помимо этого, деформируется и нижняя часть задней части трубки кувшина. Таким образом, Nepenthes gracilis использует небольшие изменения в форме ловушки для передачи энергии удара капли дождя с поразительной эффективностью. У этих растений мы можем научиться геометрической оптимизации конструкций, что, вероятно, поможет сэкономить на материале и весе при полном сохранении функциональности. Механизм захвата «трамплина» может даже послужить источником вдохновения при разработке новых механических устройств для сбора энергии дождя или града», — подытожила ведущий автор статьи и сотрудник Школы биологических наук Бристольского университета Энн-Кристин Ленц (Anne-Kristin Lenz).
