Miért esznek húst egyes növények?

A húsevés szokása egy védekező mechanizmusból alakulhatott ki

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 rovaremésztő vagy húsevő növények a tápanyagaik egy részét az állatok húsából nyerik Forrás: Wikimedia Commons/

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.

Rovart ejt el a Vénusz légycsapója (Dionaea muscipula) nevű ragadozó növény Forrás: Shutterstock

„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.

Egy másik ragadozó növény, a kancsóka (Nepenthes spp.) Forrás: Wikimedia Commons

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 húsevő növények a flóra különlegesen specializálódott fajai Forrás: Wikimedia Commons/NepGrower

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.

Harmatfű (Drosera spp.) közeli fotója Forrás: Turista Magazin archív/Markovics Tibor

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 harmatfű a ragadós váladékával ejti csapdába a rovarokat Forrás: Shutterstock

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."

A húsevés szokása egy védekező mechanizmusból alakulhatott ki Forrás: Wikimedia Commons/Noah Elhardt

- 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.

Genetikai eszközökkel fogják folytatni további ragadozó növények vizsgálatát Forrás: Shutterstock

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.