A húsevő növények ragadozó viselkedése általános növényi védekező mechanizmusokból fejlődött ki – állapították meg a Salk Institute kutatói.
Régi tudományos dilemma övezi a ragadozó növények rejtélyét
Bár a rovarevő növények több mint egy évszázada izgatják a tudósok fantáziáját, mindmáig rejtély, pontosan hogyan alakította ki az evolúció az élő préda elfogásának és elfogyasztásának képességét e különleges növénycsoportokban.
Most a Salk Institute kutatói a Washingtoni Egyetem St. Louis-i kampuszán dolgozó partnerekkel együttműködve bepillantást nyertek a növényi ragadozó viselkedés molekuláris hátterébe, és bizonyítékot találtak arra, hogy a húsevés a növényeknél olyan mechanizmusokból alakult ki, amelyek eredetileg védelmi célokat szolgáltak.
A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) folyóiratban publikált közlemény részletesen leírja, miként áramlik a kalcium dinamikus módon a húsevő növények leveleinek sejtjeiben az élő prédarovar érintésének hatására. A kalciumszint változása idézi elő – feltehetőleg egy eredendően a védekezést szolgáló hormon fokozott termelésén keresztül – azokat a levélmozgásokat,
amelyek a zsákmány elfogásához vezetnek.
Az eredmények bővítik a növények és környezetük közötti kölcsönhatásról felhalmozott tudományos ismereteinket.
„Azzal, hogy többet megtudunk arról, milyen alkalmazkodások alakították az ilyen és más növények saját egyedi környezetükre adott válaszreakcióit, a jövőben talán meg tudjuk változtatni e molekuláris útvonalakat azzal a céllal, hogy a kedvezőtlen körülményeknek is ellenálló növényeket hozzunk létre – mondta el Joanne Chory professzor, a cikk egyik rangidős szerzője, a Salk Institute Növényi Molekuláris- és Sejtbiológiai Laboratóriumának vezetője és a Howard Hughes Medical Institute tudósa.
Egy különleges növényi ragadozó: a harmatfű
A biológusok azt már jó ideje feltételezik, hogy a harmatfűfélék, például az e tanulmányban szereplő Drosera spatulata a tápanyagszegény viszonyokhoz való alkalmazkodásképpen alakították ki a rovarcsapdázás képességét. Azonban a harmatfüveket elég nehéz laboratóriumi körülmények között növeszteni,
és a genomjuk teljes DNS-szekvenciáját is csak nemrégiben határozták meg,
ezért a tudósoknak eddig nem nyílt alkalmuk a sejtek szintjén tanulmányozni a növényi húsevés működését.
Az sem volt világos eddig, hogy miként tettek szert a ragadozó növények a prédaelfogással kapcsolatos viselkedésekre, mint a sajátos levélmozgásokra és az emésztőenzim-elválasztásra.
A húsevő harmatfüvek nem tartoznak a tipikus modellorganizmusok közé"
– szögezi le Carl Procko, a cikk egyik vezető szerzője és a Salk Institute Növényi Molekuláris- és Sejtbiológiai Laboratóriumának egyik főállású kutatója. – A világon alig néhány labornak sikerült eddig a genetikai módosításuk, így új technikákat kellett elsajátítanunk ahhoz, hogy alaposabban megvizsgálhassuk őket."
A kutatás során a tudósok genetikai eszközök alkalmazásával tanulmányozták a kalcium dinamikus változásait a harmatfű levelében, miközben a zsákmányrovar leszáll a levélre és csapdába ejti őt a növény ragadós váladéka.
A kalcium-jelátvitel a nem-húsevő növényekben is számos létfontosságú funkciót tölt be,
egyebek között beindítja a rovarok elriasztását szolgáló jázmonsav védekezési útvonalat. A jázmonsav a sejtek elektromos aktivitására is válaszol, amely kulcsszerepet játszik egyes húsevő növények, köztük a harmatfüvek zsákmányelfogásában.
A tudósok arra voltak kíváncsiak, hogy vajon ez a nem-ragadozó növényekben védekező funkciójú jelútvonal szükséges lehet-e a harmatfüvek ragadozó viselkedéséhez. A kutatócsoport azt találta, hogy a kalcium sejteken belüli változása a levelek behajlása és a rovarok zsákmányul ejtése közben elengedhetetlen volt azoknak a géneknek az aktiválásához, amelyek más növényekben a jázmonsav célpontjai.
A tudósok azt is megfigyelték, hogy a harmatfű levelei kevésbé hajlottak be, ha nem élő zsákmányt adtak nekik, valamint ha a kalciumcsatornáikat blokkolták. Ezek az eredmények – más csoportoktól származó adatokkal együtt – arra utalnak, hogy a kalcium közreműködik a rovarfogó reakcióban, a jázmonsav pedig hozzájárul a rovarok megemésztéséhez.
A húsevés egy korábbi védekező mechanizmus továbbfejlesztése lehet
„Lenyűgöző volt megfigyelni, ahogy ezek a növények a prédával összefüggő mechanikai ingerlésre, például az érintésre válaszolnak – meséli Ivan Radin, a tanulmány megosztott első szerzője és a Washingtoni Egyetem kutatója. – A mechanikai erők érzékelése és a rájuk adott válasz – különösen ezen a gyors időskálán – olyasmi, amit a legtöbb ember nem társít a fejében a növényekkel. A munkánkban gyönyörű, látványos igazolását nyújtjuk annak, hogy ez a kapcsolat igenis létezik."
- Az adatok azt mutatják, hogy a kalcium is benne van a játékban, és feltehetőleg fokozza a jázmonsav által irányított válaszokat, ahhoz hasonlóan, ahogy a nem-ragadozó növények beindítják a védekezésüket a kártevő rovarok általi mechanikai stimuláció hatására – magyarázza Chory.
Ez további hitelt ad annak az elképzelésnek, hogy a húsevés a harmatfüvekben egy védekező útvonal továbbfejlesztése lehet."
A továbbiakban a kutatók hasonló genetikai eszközök segítségével fognak más olyan ragadozó növényeket vizsgálni, amelyeket eddig túl nehéznek bizonyult tanulmányozni.
Azt remélik, hogy a zsákmányszerzés molekuláris alapjainak tanulmányozásán keresztül jobban megérthetik, hogyan fejlődött ki a növényi húsevés az egymástól független evolúciós ágakon, és megvizsgálják, vajon a haszonnövényekben is fellelhető védekező válaszokat át lehet-e úgy hangolni, hogy a segítségükkel jobban túléljék a viszontagságos körülményeket.