Английский биолог-эволюционист Чарлз Дарвин начал интересоваться насекомоядными растениями еще в 1860-х годах. Как результат своего увлечения он написал книгу Insectivorous Plants, которая вышла в 1875-м и стала одним из первых подробных исследований механизмов ловли и переваривания добычи у растений.
Внимание ученого привлекли некоторые представители рода камнеломок (Saxifraga), у которых есть железистые волоски, выделяющие липкое вещество и удерживающие мелких насекомых. Тогда Дарвин предположил, что камнеломки на самом деле проявляют свойства хищника: способны не только удерживать жертву, но и использовать ее как источник питательных веществ. Однако подтвердить гипотезу у него не получилось.
Чтобы растение признали хищным, оно должно обладать сразу несколькими признаками: привлекать добычу, захватывать ее, расщеплять органические вещества и получать из них питательные элементы. Самый известный пример такого поведения — венерина мухоловка (Dionaea muscipula), которая ловит жертв с помощью видоизмененных листьев, образующих захлопывающуюся ловушку.
Род камнеломка насчитывает примерно 450 видов, произрастающих в Северном полушарии, особенно в арктических и горных районах. Некоторые представители встречаются и в Южной Америке, включая Анды.
Ранее исследователи обнаружили у некоторых видов камнеломки признкаи плотоядности, что заставило батаников вновь вернуться к предположению Дарвина и окончательно его проверить.
Международная группа ботаников под руководством Ханя Суня (Hang Sun) из Куньминского ботанического института при Китайской академии наук изучила вид Saxifraga candelabrum, который произрастает на высоте примерно 2500-3300 метров над уровнем моря на территории Цинхай-Тибетского нагорья, включая районы Тибетского автономного района, а также в горах юго-западной части Китая. Представители этого вида растут на бедных питательными веществами каменистых участках и отличаются от тех камнеломок, которые изучал Дарвин.
Сунь и его коллеги применили несколько научных методов. Среди них — полевые наблюдения за растением, анализ веществ, привлекающих насекомых, пищеварительных ферментов и перемещения питательных веществ внутри растения, а также изучение железистых волосков под микроскопом.
Авторы исследования выяснили, что Saxifraga candelabrum соответствует всем основным критериям настоящего хищного растения.
Во-первых, Saxifraga candelabrum привлекает добычу. Выделяет летучие вещества, которые могут привлекать мелких насекомых. То есть насекомые оказываются на поверхности растения не случайно — оно активно взаимодействует с потенциальной добычей.
Во-вторых, Saxifraga candelabrum ловит насекомых. Во время наблюдений ботаники заметили, что липкие железистые волоски растения удерживают мелких существ, в основном небольших комаров. Более крупные насекомые-опылители не попадали в ловушку, они освобождались от липких волосков и улетали. Благодаря такому поведению растение получает питательные вещества, но сохраняет возможность размножаться.
В-третьих, Saxifraga candelabrum переваривает добычу. На его поверхности ученые обнаружили активность пищеварительных ферментов. Многие растения могут случайно удерживать насекомых, но настоящими хищниками считаются только те, которые способны расщеплять добычу и использовать ее компоненты.
Наконец, Saxifraga candelabrum получает питательные вещества из насекомых. К этому выводу команда Суня пришла после эксперимента. Ботаники провели опыт с плодовыми мушками, которых выращивали на пище с повышенным содержанием стабильного изотопа азота, а затем помещали на растение и отслеживали перемещение этого химического элемента. Оказалось, что азот из насекомых попадал в ткани растения. Это стало прямым доказательством того, что Saxifraga candelabrum действительно питается добычей, а не просто ловит насекомых механически.
Дополнительный анализ генома укрепил выводы исследователей. У камнеломки обнаружили гены, сходные с теми, что участвуют в механизмах хищничества у известных плотоядных растений, таких как росянка (Drosera). Многие из них связаны с перевариванием добычи и усвоением полученных питательных веществ.
Новые данные подтвердили, что Saxifraga candelabrum относится к настоящим плотоядным растениям. Открытие расширило список известных хищных представителей растительного мира и показало, что такие особенности могли появляться у разных групп растений независимо друг от друга.
Авторы исследования полагают, что их выводу могут изменить взгляд на другие виды камнеломки. Многие представители этого рода имеют похожие волоски и, скорее всего, обладают скрытыми способностями к охоте на насекомых.
Научная работа опубликована в журнале Nature Communications.