Venus flyfelle (Dionaea muscipula) er en av de mest overraskende kjøttetende plantene i planteverdenen, som tilhører Droseraceae-familien. Bare dobbelttrykk på i tynne hår inne i fellen hvorfor knipser du plutselig, lukkes på noen tideler av et sekundfanger byttet sitt. En nylig artikkel publisert i magasinet Vitenskap, foreslår en ny mekanisme for å forklare den svært raske lukkingen av «kjevene» til denne kjøttetende planten. Dens oppførsel har faktisk fascinert botanikere og plantefysiologer i flere tiår fordi planten er uten muskler og et nervesystem, men det beveger seg i veldig høy hastighet. I lang tid stilte den mest akkrediterte hypotesen spørsmålstegn ved rask bevegelse av vann inne i bladvevet. Kort tid etter stimulansen kollapser celleveggene på utsiden av fellen de mykner plutselig, i løpet av få sekunder. Denne plutselige feilen får lappene til å bøye seg innover og bringer fellen til randen av ustabilitet: når en terskel er overskredet, frigjør skallformen på bladet den akkumulerte elastiske energien, og transformerer en langsom bevegelse til en lynrask skudd.
Bladene til Dionaea de har blitt dyrefeller
I Venus-fluefellen (Dionaea muscipula) evolusjonen har modifisert bladene i strukturer som er i stand til å fange små dyr. Hver felle består av to halvdeler (lober) ble med i sentrum. På den indre siden av hver lapp er det følsomme hår: hvis de berøres to ganger i løpet av kort tid, forplantes elektriske impulser inne i planten som går før lukking. Bevegelsen er ekstremt rask: i de intakte fellene som er studert av forskerne, skjer overgangen fra åpen til lukket stilling på omtrent 0,21 sekunder. Det har vært kjent en stund at form av fellen spiller en grunnleggende rolle. lappene har en lett buet form, en geometri som er i stand til å lagre elastisk energi og plutselig frigjøre den. Det gjensto imidlertid å forstå hva mekanismen var i stand til starte bevegelsen.
Vannet beveger seg for sakte
I flere tiår har forskere antatt at stengingen var forårsaket av raske bevegelser av vann fra den ene siden av bladet til den andre. For å teste dette målte forskerne direkte hvor raskt vannet kan bevege seg inne i fellens celler. Ved hjelp av en spesiell celletrykksonde bestemte de det Det tar omtrent 3,7 sekunder for vann å passere gjennom en enkelt stor celle. Ved å utvide beregningen til hele bladets tykkelse stiger tiden som kreves til en verdi mellom 30 og 150 sekunder.
De henrettet et nytt forsøk over hele stoffet. De senket noen fragmenter av fellen i løsninger med ulik konsentrasjon av oppløste stoffer. På grunn av forskjellen i konsentrasjon mellom løsningen og vevet i bladet, kom vannet inn i cellene ved osmose, noe som fikk dem til å svulme og også svulme opp vevet. Ser på hvor lang tid disse fragmentene tok bøye seg for hevelsen etter skifting av løsning, beregnet de at vannet passerer gjennom vevet på omtrent 38 sekunder.
Men dette er tider ikke sammenfaller med bevegelseshastigheten til fellen, som skjer på noen tideler av et sekund! Forskjellen er for stor å tilskrive rollen som hoveddriveren for stengingen til bevegelsen av vann. Det var derfor nødvendig å se andre steder etter årsaken til utbruddet.
Den plutselige mykgjøringen av celleveggene i epidermis
Forskernes oppmerksomhet har skiftet til en annen struktur av planteceller: celleveggen. Hver plantecelle er omgitt av dette stiv og robust yttervegg som gir den støtte, begrenser dens deformasjoner: det er i stor grad denne veggen som bestemmer motstand og mekanisk oppførsel av plantevev. De ytterste plantecellene utgjørepidermiset stoff som dekker overflaten av fellen. Med to ansikter, har hver flik av Venus-fluefangeren enindre og ytre epidermis.
For å måle hvor stivt stoffet var, brukte forskerne en teknikk kalt nanoinnrykk: i praksis plasseres en mikroskopisk spiss på overflaten av cellen (eller vevet i vårt tilfelle) og den presses litt innover, og måler kraften som er nødvendig for å deformere den. Jo mer kraft som trengs, jo stivere er cellen.
I studien, etter aktivering av fellen, viste cellene i den indre epidermis ingen signifikante endringer. De avytre epidermisi stedet ble de mye mykere: deres gjennomsnittlige stivhet falt til omtrent 69% av den opprinnelige verdien, mens den for indre lag forble praktisk talt uendretrundt 98 %.
Veggen mykner uten tap av innvendig trykk
Hvor kommer dette fra? reduksjon i stivhet? Den første hypotesen involverer turgor trykk: vannet inne i plantecellene holder dem hovne og spente, og det er den samme kraften som holder blader og stilker stive. Reduksjonen i stivhet observert i forsøkene kunne ganske enkelt ha vært på grunn av en tap av dette trykket. For å teste denne teorien studerte forfatterne celleform før og etter aktivering av fellen. De observerte at etter aktivering, den ytre overflaten av cellene ble omtrent 8 % mer fremtredende. Hvis det indre trykket hadde falt, overflaten det ville ha svellet mindre; det faktum at det stikker ut mer er bare kompatibelt med en mykgjøring av celleveggen, ikke med tap av indre trykk. Med andre ord: veggen var «myknende».
Numeriske simuleringer har tillatt oss å estimere noen parametere som beskriver den mekaniske oppførselen til vev, som f.eks form av Ungsom måler stivhet av et materiale: jo høyere det er, jo mer stivt og vanskelig er materialet å deformere. Etter aktivering av fellen, Youngs modul av celleveggenekstern epidermis redusert med omtrent 40 %et tegn på betydelig mindre stive vegger: mykere, faktisk.
Med den ytre veggen myknet, men det indre trykket forblir det samme, blir cellene på yttersiden de utvider seg lettere enn de indreforble stiv. Siden ansiktene er festet, når cellene i den ytre epidermis strekker seg, genererer de en deformasjon av hele strukturennok til å få fellen til å bøye seg innover og fange byttet.
Skille motoren fra «klikket» på fellen
For å bekrefte dette forsøkte forfatterne å skille bevegelsen til lappene fra det siste lukkeklikket. De kutter fellene i tynne strimler, og eliminerer deres buede, fjærlignende form. Under disse forholdene fortsatte planten å reagere på stimuli, men bevegelse resulterte mye tregere. Å stenge krevde ikke lenger noen tideler av et sekund, men heller ca 3 sekunder. Et andre eksperiment, utført ved å blokkere fellen åpen og måle kreftene utviklet under aktivering, ga et lignende resultat: den interne prosessen som er ansvarlig for lukkebevegelsen varer omtrent 3-4 sekunder.
Ifølge forfatterne er dette en bekreftelse på at lynet som normalt observeres er resultat av to faser av samme prosess: en endring relativt sakte som forekommer i vev og en påfølgende plutselig frigjøring av den akkumulerte elastiske energien.
Forskergruppen har også utviklet en teknikk som tillater følg utviklingen av cellestivhet når fellen aktiveres. Dataene som er samlet inn indikerer at veggmykning vises nesten umiddelbart, i løpet av noen få sekunder, og går før mye av fellens bevegelse. Denne timingen sammenfaller nesten perfekt med den aktive bevegelsen observert i de andre eksperimentene. Ifølge forfatterne er dette en sterk indikasjon på at celleveggmykning representerer sann drivkraft for stenging.
