恐ろしい刑務所：金星ハエトリソウの限界スパイクの研究

金曜日は灰色の日常生活が終わる美しい日です（土曜日/日曜日に働く人のために傷に塩を注ぐことを許してください）、待望の週末が私たちを待っており、私たちは楽しく面白いことをする時間を持っています：本を読むすでに記録的な塵の層を集めている。 まだあなたを覚えている場合は、親relativeを訪問します。 ひどい目覚まし時計ではなく、自然な方法で朝目を覚まして眠ります。 映画「リトルショップオブホラー」のように、ポットに花に水をまくと、すぐにサボテン、タンブルウィード、または肉食のモンスターに進化します。 この映画では、キラープラントは架空の生き物ですが、現実世界には祖先、捕食性の植物、具体的には金星のハエトリソウがいます。 この植物は、昆虫の世界ではジェイソン・ボーヒーズです。 そして、マチェーテがジェイソンの特徴であるように、その辺縁（辺縁）棘はヒタキの特徴です。 本日は、これらのスパイクが獲物を捕まえるのにどれほど重要かを科学者が確認することを決定した研究についてお話します。 当然、それらは重要です-あなたは言う、そしてあなたは正しいでしょうが、研究の結果は驚きなしではありませんでした。 我々は、蚊を口吻で引っ張らず、説明のためにレポートに突入しません。 行こう

ひどい刑務所

私たちは皆、光合成の概念を知っています。これは、光エネルギーを化合物のエネルギーに変換する化学プロセスを指します。 しかし、すべての植物が太陽食のようなわけではなく、むしろ、特定の気候条件と成長の場所のために、誰もがこの方法で独占的に自分自身を養うことができるわけではありません。 あなたが生きたいなら、この場合、すべてのハエの悪夢に進化することができます。 つまり、捕食性植物は、「古典的な」食事に加えて、昆虫（またはあまり幸運ではない他の生物）を消化することによって必要な物質（窒素など）を受け取ります。 合計で約630種の略奪植物があり、惑星のほぼすべての地域で成長し、狩りの方法と美食の好みの両方が異なります。



釣りの種類に応じて、獲物植物は、アクティブとパッシブの2つの主なタイプに分類できます。 前者は可動部分（現在のヒロイン、ヒタキなど）を持ち、後者は被害者が落ちた葉や容器の表面に粘着性の分泌物を持っています。





巨大ビブリス



略奪植物の最大の代表は、巨大なビブリスとネペンテスです。 巨大なビブリスは非常に美しい花を持つ普通の低木に似ていますが、この植物は非常に潜行性です-その葉と茎のすべては小さな毛（1枚に約30万個）とジュースを分泌する腺で覆われています。 この蜜は、無料の食べ物を切望していた自分自身になり、髪にしっかりと付着した犠牲者を引き付けます。 さらに、植物から分泌されるジュースはおとりだけでなく、消化ツールでもあります。 聖書の犠牲者は、昆虫やカタツムリだけでなく、小さな両生類や非常に不成功に上陸した鳥です。





ネペンテスと、植物の貯水池を「釣り」の場所として使用するクモとの共生関係。



ネペンテスの2番目の名前は投手で、獲物を捕まえる方法を直接語っています。 ネペンテスには、普通と珍しい2種類の葉があります。これらは、蜜で満たされた空中に垂れ下がる水差しを形成します。 この水差しの端も蜜で覆われています。これは、匂いに惹かれた昆虫が座って転がり込み、そこで植物によって消化されるためです。 しかし、ネペンテスは他の捕食植物とは異なります。彼は連続殺人犯であるだけでなく、あなたが愚かであるなら良い友達でもあります。 この小動物は植物の蜜を食べ、その水差しトラップをナイトポットとして使用します。 廃棄物は消化され、植物に必要な栄養素を与えます。





ハエトリソウの開花でも、花粉は昆虫を産業事故から保護するために、トラップから離れた長い茎に咲きます。



そして最後に、アクティブな捕食者。 それらの中で最も有名なのはヒタキです。 細い茎の端にある葉は、トラップまたは開いた空腹の非常に歯のような口に似ています。 トラップの内側は細くて非常に敏感な毛で覆われており、被害者はそれを叩いてトラップを閉じます。 しかし、このアクティベーション方法は最も効果的ではないと思います。 そして、風が吹いたか、雨が降り始めて、髪が偶然触れられた場合は？ しかし、心配しないでください。このハエトラップは長年の進化のメカニズムを完成させたからです。 サッシを閉じるには、20秒以内の間隔で少なくとも2本の髪に触れる必要があります。 この場合、トラップの内部で行われる消化のプロセスは、敏感な毛を繰り返し刺激した後にのみ開始されます。 したがって、ヒタキは、例えば落ち葉を消化するプロセスを開始せず、それによって実際の生産のためのエネルギーを節約します。



フライトラップのトラップ崩壊のメカニズムは、化学プロセスと細胞プロセスに基づいています。 最も重要な役割は、組織の膨満、つまり生細胞の殻のストレス状態によって果たされます。 被害者が敏感な毛を刺激すると、カリウムイオンにより活動電位が発生します。カリウムイオンは葉の葉に沿って広がり、細胞を刺激します。 トラップが開いていると、そのローブは外側に曲がります（そのため、被害者がトラップに落ちやすくなります）。トラップが閉じると、ローブは反対方向に曲がります。 したがって、内部空間が形成される。 生きている犠牲者は立ち止まることはありませんが、逃げようとして絶えず動きます。 しかし、ここは沼地のようなものです-動くほど、drれる速度が速くなります。 犠牲者の絶え間ない動きは、髪を刺激し、消化酵素の放出につながります。 獲物がより賢く、より速く、逃げることができた場合、無駄に閉じられていたトラップは2〜3日後にのみ開きます。



トラップの動作の重要な側面は、その脆弱性と変形です。 シート共有をブランクにバタンと閉めると、その後の時間でトラップがよりゆっくり閉じ、開いた状態の角度がはるかに小さくなるという事実につながります。 私たちが理解しているように、そのような変化は獲物の捕獲に大きな影響を与える可能性があり、したがって空腹による植物の死につながります。 さらに、数回の閉鎖の後、トラップは十分に早く消滅します。





真実：肉食植物。 ビデオには、多くのブラックユーモアと少しわいせつな言葉が含まれています。



ヒタキの獲物を捕まえる上で重要な役割は、犠牲者が胃のtrapから逃げるのを防ぐエッジスパイクによって演じられます。 ただし、敏感な髪の場合と同様に、これらのスパイクはそれほど単純ではありません。



問題の研究は、チャールズ・ダーウィンの仮説に基づいています。チャールズ・ダーウィンは、ビーナス・フライトラップの捕獲メカニズムを最初に説明し、そのトラップを「恐ろしい刑務所」と呼んでいます。 彼は、スパイクが獲物を保持するためだけでなく、それを「フィルタリング」する独特の方法としても重要であることを示唆しました。 言い換えれば、栄養上の利点が十分ではない小さすぎる獲物は、スパイクの間から抜け出すことができ、大きすぎる獲物は、単に葉の断片を明らかにし、また逃げます。 最初と2番目のケースの両方で、そのようなタイプの獲物に対するヒタキのエネルギー消費は、消化から得られるエネルギーと比較できません。 したがって、ハエトリソウのスパイクにより、特定のサイズの獲物を捕まえることができます。 しかし、ダーウィンの発見から100年以上が経過したという事実にもかかわらず、誰も彼の仮説を実際にテストしませんでした。 これはまさに、科学者が研究で行うことにしたことです。



科学者、金星ハエトリソウからのそのような注意はまだ知りませんでした。 研究者は、野生と実験室の両方で、獲物の捕獲効率、トラップの閉鎖時間、およびエッジスパイクの影響を測定しました。 科学者はまた、スパイクを以前に取り外して、スパイクなしでトラップの性能をテストしました。

調査結果

植物の観察は、野生（米国ノースカロライナ州のグリーンマーシュ）、実験室、およびハイブリッド条件で実施されました。 緑の沼地は、ヒタキの固有種がまだ見つかっている数少ない地域の1つです。 科学者は、トラップが4つのカテゴリに分類された14の個別の植物を特定しました。リビングとクローズ、デッドとクローズ、リビングとオープン、デッドとオープンです。 合計100のトラップがカウントされました。 スキャンの助けを借りて、何か（獲物またはゴミ）が閉じたトラップの内側にあることが確認されました：「1」、空のもの-「0」を示す何かを持つトラップ。



野生のヒタキの閉じたtrapのうち、獲物を含んだのはわずか24％でした。 98個のうち8個のトラップにはゴミがあり、2個のユニークな昆虫（1個にはアリ、2個目にはクモ）が存在することを確立することに成功しました。 トラップの55±5％は開いていて、獲物（生きたままの葉）を捕まえることができました。 獲物が内部にある閉じたtrapの割合は、検討中の個々の植物に応じて0〜50％で変化しました。 5つの植物では、この指標は0％で、5つでは0〜33％、4つでは34〜50％でした。



実験室の実験では、成長した植物とコオロギを購入しました。これは、野生ではヒタキの餌の約10％を占めています。 テストに参加したすべての昆虫は健康で、6本の足がすべて揃っていました。 長さは7〜23 mmで、重量は0.026〜0.420グラムでした。 実験室でのテストでは、すべてのトラップに野生の観察と同じ方法でラベルを付けました：閉じているが空-「0」、閉じ、内部に獲物-「1」。 トラップテストは、テスト開始の3日後と1週間後に行われました。





画像番号1：a-エッジスパイクのあるトラップ、 b-スパイクのないトラップ、 c-実験室実験（水の容器に1つの植物、1つのクリケットとはしごが植物に到達しやすくするためのはしご）。



最初のアプローチの後、科学者は閉じたトラップからエッジスパイクを削除しました（ 1b ）。 この後、植物はトラップを復元して開くために1週間与えられました。



トラップが再び開いた後（スパイクなし）、新しいクリケットを使用してテストの第2段階が実行されました。 合計51回のテストランが34の植物で実施されました。17の植物-人による操作のない観察と別の17-とげの除去の前後の観察。 また、2つのタイプの制御アプローチがありました。5つはコオロギが死んでおり、2つは虫がまったくいません。 したがって、トラップの閉鎖がランダムな順序ではなく、ライブクリケットのみによって発生することを検証できました。



操作されなかった植物のトラップのうち、16.5％だけが昆虫の捕獲に成功しました。 スパイクカットトラップは4日後に回復しましたが、獲物を捕まえることができたのはわずか5.8％でした。 しかし、とげを除去する手順、つまり植物組織への物理的損傷は、悪影響を及ぼしませんでした。 したがって、閉鎖速度、植物の成長、および一般的な状態は、自然のままの植物ととげが除去された植物で違いはありませんでした。 さらに、1週間後、スパイクが再成長し始めました。



スパイクを削除したハントが成功する可能性は、初期のトラップと比較して90％減少しました。





画像2：野生（上グラフ）、実験室（第2および第3グラフ）、ハイブリッド実験（下グラフ）でのヒタキ狩りの結果。



ただし、観測データはすでに、生産規模が大きいと、スパイクの利点が大幅に減少することを示しています。 混合効果を持つ線形モデルは、獲物の重量が狩りの成功の決定要因であることを示しました。 したがって、昆虫の体重がわずか0.1 g増加するだけで、捕獲に成功する確率は73％減少します。



当然、トラップ自体の寸法も非常に重要です。 トラップの長さが1 cm長くなると、植物のおいしい食事の機会は2.9倍になります。 この場合、限界スパイクの有無は関係ありません。





画像3：無傷の植物（左）ととげを取り除いた植物（右）の狩猟の成功。 Z軸は、獲物の重さ（X軸）とトラップの長さ（Y軸）に応じて、獲物を捕まえる確率（最小から最大までの青赤の色の変化）です。



上のグラフでわかるように、スパイクのないトラップ（右側のグラフ）からのキャプチャの成功の確率は、生産量とトラップの長さも小さい場合、十分に小さくなります。 しかし、重量と長さが大きくなると、この指標はとげが残った植物に匹敵します。



ハイブリッド実験は、実験室から22匹のヒタキが植えられたノースカロライナ植物園への場所の変更でした。 各植物には、50/50の原始的で無棘のトラップがありました（庭に植える前に実験室で除去が行われ、その後植物が復元され、トラップが開かれました）。 観察は4週間続き、科学者はすべてのデータを記録しました：捕獲された獲物またはトラップに落ちたごみのサイズ、閉じたトラップのサイズ、開閉の頻度など。



植物の森の植物は、獲物の捕獲に成功した結果はあまり高くありませんでした。自然のトラップでは13.3％、スパイクのないトラップでは9.2％です。 しかし、これらの結果は、科学者が管理された実験室の条件下で観察した結果と非常に似ています。 さらに、図2のグラフからわかるように、成功の最大の確率は、中規模の生産の場合に正確に観察されました。





画像番号4：1、2、3、4回目のトラップ閉鎖に必要な時間。



科学者はまた、第1、第2、および第3のアプローチ中のトラップの閉鎖率を測定しました。 最初の閉鎖中、速度は約283±29ミリ秒、2番目-383±43ミリ秒、3番目-528±62ミリ秒でした。 4回目の閉鎖まで生き残ったこれらの少数のトラップは、速度が772±374ミリ秒に大幅に低下したことを示しました。 すでに知っているように、ハエトリソウのトラップは何度も閉じたり開いたりすることはできません。 研究中、2回目の閉鎖後は50個のトラップのうち38個のみ、3回目以降は38個中25個、そしてハイブリッド実験の4週間が終わるまで4個のトラップのみが生き残りました。



この研究の詳細については、科学者の報告書をご覧になることをお勧めします。

エピローグ

科学者は、トラップの限界スパイクの重要性は以前に考えられていたほど大きくないことに注意しています。 特に大きなtrapや大きな獲物に関しては。 観察によれば、クリケットは非常に頻繁に（トラップの内側ではなく）トラップのスパイクに正確に登ります。 トラップが閉じると、クリケットはスパイクに圧力をかけ、簡単に抜けることができます。 大きなトラップにとげがない場合、押すものは何もないため、クリケットはトラップ内に残ります。 スパイクは大きな昆虫の逃避道具として機能することがわかりました。



小さな獲物では、すべてが明確です。トラップが閉じられると、スパイク間の開口部から抜け出します。 したがって、栄養失調食品の消化にエネルギーを費やすことなく、トラップが再び開きます。 大きな獲物の場合、ヒタキは大きくてジューシーな誰かをごちそうするだけで幸せになるように思えるかもしれません。 私は大きなタランチュラを捕まえて、いわば食べ物の探索を考えずに冷静に自分自身を消化しました。 しかし、実際には、すべてが異なって見えます-大きな獲物はスパイクを使用して逃げます。 科学者は、これがフライトラップの欠点であるのか、それとも特定のサイズの捕獲を保証する十分に考え抜かれた進化メカニズムであるのかを完全に理解するために研究を続けます。



いずれにせよ、この研究により、数学的測定と計算のプリズムの下で捕食植物の生活を見ることができ、すべての進化的デバイスが明白な目的を持っているわけではないことも理解できました。 動植物の世界には、まだ解決しなければならない秘密や謎がたくさんあります。







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