Раскрыт секрет «смертельной хватки» венериной мухоловки

Хищное растение точно знает, когда хватать добычу.

Они — хрестоматийный пример хищных растений и порождение ночных кошмаров. Венерины мухоловки (Dionaea muscipula) родом только из Северной и Южной Каролины в США и умеют отличать насекомых-опылителей от тех, кто может стать сытным обедом. Не имея нервной системы, они способны ощущать прикосновения других организмов с помощью высокочувствительных сенсорных волосков. Если дотронуться до них дважды подряд, листья захлопнутся и поймают добычу. Однако до сих пор оставалось загадкой, как именно работает этот сенсор прикосновения.

В основе этого охотничьего приема лежит химический ионный канал под названием DmMSL10, окружающий основание сенсорных волосков мухоловки. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале Nature Communications, эта мембрана, пропускающая химические вещества, является ключевым сенсором, обнаруживающим малейшие прикосновения добычи, например, мух.

Чтобы понять, что происходит на молекулярном уровне, команда из Университета Сайтамы (Япония) и Национального института фундаментальной биологии создала генетически модифицированные мухоловки, которые производят особый тип белка GCaMP6f. Ученые наблюдали, как самое легкое отклонение сенсорного волоска растения вызывало локальное изменение электрических зарядов внутри него.

Для сравнения, более сильный изгиб сначала создает более мощный электрический сигнал. Как будто кто-то щелкает выключателем: как только этот электрический сигнал в растении преодолевает определенный порог, происходит по принципу «все или ничего» крупный электрический всплеск, сопровождаемый химическим посредником — волной ионов кальция (Ca²⁺).

Затем электрический сигнал и волна Ca²⁺ распространяются от волосистого основания растения до листовой пластинки. По словам команды, этот механизм работает аналогично нервной системе животных.

«Наш подход позволил нам визуализировать момент, когда физический стимул преобразуется в биологический сигнал в живом растении», — заявил в своем заявлении соавтор исследования, биолог растений Хираку Суда.

Чтобы поближе изучить эту очень чувствительную к тактильным ощущениям систему, учёные генетически модифицировали венерину мухоловку, у которой отсутствовал ионный канал DmMSL10, способный передавать электрический сигнал, управляющий закрытием листьев. Эти растения реагировали на стимулы гораздо слабее, что указывает на то, что DmMSL10 действует как усилитель, усиливая этот первоначальный слабый электрический сигнал до тех пор, пока он не станет достаточно сильным, чтобы вызвать действие.  

Чтобы увидеть, как это работает в дикой природе, команда создала небольшую экосистему в лаборатории. В ней муравьи свободно перемещались и ползали по венериным мухоловкам — как с естественным ионным каналом DmMSL10, так и без него. В этой смоделированной среде прикосновения муравьев запускали реакцию у растений. Растения без ионного канала DmMSL10 реже захлопывались, и их сенсорные волоски меньше изгибались. Те же, у кого DmMSL10 был, закрывались на муравьях чаще, а их сенсорные волоски изгибались более активно.

«Наши выводы показывают, что DmMSL10 является ключевым механосенсором для высокочувствительных сенсорных волосков, которые позволяют обнаруживать тактильные стимулы даже от самых легких, едва заметных прикосновений, — говорит Суда. — Многие реакции растений возникают из-за механочувствительности — своего рода тактильного ощущения растений, — поэтому лежащие в основе молекулярные механизмы могут быть общими и для других видов, а не только для венериной мухоловки».

Laura Baisas “Venus fly traps’ death-grip trigger discovered”

Перевод статьи «Venus fly traps’ death-grip trigger discovered» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Deposit Photos