Насекомоядные растения

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Насекомоядные растения"

насекомоядный растение механический капкан

Введение

Насекомоядные растения (хищные растения и плотоядные растения) -- собирательное название около 630 видов растений из 19 семейств, которые приспособились к ловле и перевариванию небольших животных, в основном насекомых. Таким образом, они дополняют свое нормальное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного питания. В результате насекомоядные растения менее зависят от почвенного неорганического азота, необходимого для синтеза их собственных белков. Хищные растения стали истинными воплощением таинственности и неопознанности дикой природы. Они покоряют своей изобретательностью, великолепной приспособляемостью к враждебному окружению и просто своей красотой. Если придерживаться истины, то следовало бы, конечно, называть их насекомоядными, а не хищными. Многие насекомоядные растения так малы, выглядят такими изящными и нежными, что вовсе не кажутся коварными хищниками, обманом завлекающими и затем поглощающими добычу.

В середине XVIII века в Северной Америке была обнаружена венерина мухоловка, живой экземпляр которой попал в руки английского натуралиста Джона Эллиса. В 1769 г. он прислал описание мухоловки Карлу Линнею, однако его не замедлили объявить фантазером. В 1782 г. немецкий врач А. В. Рот описал своеобразные движения, совершаемые листьями росянки для ловли насекомых, и развил мысль Эллиса, что пойманные беспозвоночные являются источником пищи для таких растений. Позднее плотоядными растениями заинтересовался сам Чарльз Дарвин. В 1875 г. он опубликовал свой классический труд «Плотоядные растения», в котором описал ряд изученных им растений. Считается, что истинные насекомоядные растения эволюционировали независимо друг от друга в пяти различных группах цветковых растений. Крупные растения часто питаются также лягушками, ящерицами, мышами, крысами и небольшими птицами.

Причины появления насекомоядности у растений

Если в давние времена некоторые из растений принялись «поедать», а вернее «переваривать» насекомых, то исключительно, лишь для того, чтобы выжить во враждебной среде, где почва настолько бедная или настолько кислая, что корни не могли получать питательные вещества привычным путем. Это способ для получения дополнительных минеральных веществ, в основном фосфора и азота, а также серы и различных микроэлементов. Не найдя иной возможности удовлетворить свою потребность в минеральных солях и микроэлементах, эти растения эволюционировали настолько, что смогли получать их из органической материи. При этом эффект от пойманных насекомых проявляется сильнее на более бедных минеральными веществами почвах. Высокое содержание азота в почве приводит к сокращению числа взрослых растений в популяции и положительно влияет на интенсивность вегетативного роста. Именно поэтому хищные растения начали ловить живые существа, которые обеспечивают им необходимое питание.

Что заставляет эти растения «выходить на охоту»? Дело в том, что растут «хищники», как правило, на болотах, в топких и влажных местах - там, где большинство растений просто не могут выжить из-за нехватки питательных веществ. А растения хищники отлично чувствуют себя в таких спартанских условиях, пополняя рацион животной пищей. Неизбежное в таких условиях азотистое голодание, а также недостаток фосфора,калия и др. веществ насекомоядные растения восполняют за счёт насекомых, улавливаемых ими при помощи ловчих органов - метаморфизованных листьев. На поверхности таких листьев имеются желёзки, выделяющие пищеварительные ферменты типа пепсина и органические кислоты (муравьиную, бензойную и др.). Ферменты расщепляют белки тела животного до более простых, усваиваемых насекомоядными растениями соединений. У наземных насекомоядных растений корневая система развита слабо, у водных она редуцирована, тем не менее, все они могут существовать за счёт веществ, получаемых из почвы или воды. Однако дополнительное питание животной пищей ускоряет развитие насекомоядных растений.

Основные типы ловчих аппаратов насекомоядных растений

У насекомоядных растений все листья особи или часть из них метаморфизированы в ловчие аппараты. Растения этих видов автотрофные, но наряду с этим при помощи ловчих аппаратов они используют богатую азотом и фосфором органическую пищу, переваривая животных.

Эти специфические ветви эволюции возникли в результате приспособления растений к жизни в неблагоприятных условиях азотного и минерального питания. Именно такие условия характерны для верховых болот и пресноводных водоемов тропической и умеренной широт, где главным образом они обитают.

Строение ловчих аппаратов разнообразно, при этом у растений одних видов они неподвижны, у других -- обладают способностью к движению при захвате и переваривании добычи.

У взрослых растений развиваются длинные цепляющиеся побеги. В пределах каждого побега листья различаются: одни из них выполняют только функции фотосинтеза -- они крупные, кожистые, узколанцетные, с усиковидной верхушкой, другие -- метаморфизированы и имеют ловчие аппараты.

Нижняя часть метаморфизированных листьев подобна фотосинтезирующим -- это уплощенное, имеющее вид пластинки основание листа (филлодий). Тонкая цилиндрическая часть, выполняющая функцию усика (она закручивается вокруг ветвей других растений), -- черешок. Нижняя часть пластинки листа превращена в цилиндрический или кувшинов ловчий аппарат, который благодаря черешку-усику подвешен в воздухе. У молодых кувшинов устье (отверстие) плотно закрыто крышечкой (верхняя часть пластинки), у вполне развитых -- она несколько приподнимается, располагаясь под углом, и в дальнейшем остается неподвижной. Крышечка препятствует попаданию в кувшин дождевой воды; у многих видов ее край обрамляют острые длинные волоски, преграждающие путь в ловушку животным более крупным, чем те, на которых рассчитан ловчий аппарат.

У пузырчаток, насчитывающих около 250 видов и распространенных во всех частях света, ловчий аппарат снабжен клапаном, который закрывает попавшимся животным выход из ловушки.

Конечно, растения охотятся совсем не так, как животные, и добыча у них не самая крупная - насекомые. Все растения охотники - цветковые. Но не цветки (хотя подчас очень красивые) привлекают насекомых. Главная приманка для жертвы - листья, издающие сладкий запах особой жидкости, выделяемой растениями.

Все насекомоядные растения можно условно разделить на две группы по механизму ловли:

1. активно ловящие -- с активно движущимися органами для ловли насекомых (росянка, мухоловка);

2. пассивно ловящие;

a) со слизистыми и клейкими выделениями на листьях, улавливающими насекомых (росолист);

b) с ловушками -- кувшинчиками, пузырьками и тому подобным (пузырчатка, непентес, саррацения).

Насекомоядные растения используют следующие основные типы ловушек для ловли добычи:

a) липкие ловушки (у росянок и жирянок);

b) листья, которые смыкаются в виде капканов (у венериной мухоловки и пузырчаток);

c) засасывающие ловушки - ловчие листья в форме кувшинов (у саррацениевых, непентовых и цефалотовых).

Растения с ловушками-липучками

Этими приспособлениями пользуются росянки и жирянки, а также библисы и росолист. Их листья покрыты огромным количеством тонких волосков, на вершине которых находятся крошечные железы, выделяющие липкий секрет, способный удерживать мелких насекомых. Капельки этой жидкости блестят, как капли росы, привлекая добычу (отсюда названия - росянка). Более короткие железистые волоски у основания ловчих структур выделяют пищеварительный сок.

Имеются два типа таких растений. У одного из них ловчие структуры неподвижные, у другого - способные к активному, т.н. настическому движению. К первой категории относятся библисы и росолист. Внешне они похожи - образуют пучки длинных и узких, как у злаков, листьев, иногда длиной более 30 см. Поверхность их покрыта железистыми волосками, выделяющими большое количество липкой слизи. Под ними находятся сидячие железы, секретирующие пищеварительные ферменты. Второй тип представлен росянками и жирянками. Ловчие волоски росянок способны наклоняться в сторону уже севшей на лист жертвы, обеспечивая более прочное ее приклеивание (приложение рис.1). Форма листьев видоспецифична и бывает круглой, ложковидной, нитчатой или вильчатой, однако принцип строения всегда один и тот же. Типичный пример - росянка круглолистная, широко распространенная по болотам северной умеренной зоны. На сужающихся к вершине черешках находятся плоские тарелковидные листовые пластинки. Верхняя их поверхность и края покрыты многочисленными зелеными или пурпурными ловчими волосками, или "щупальцами". Ближе к центру пластинки они короче и толще, на периферии - длиннее и тоньше. Головчатые концы волосков несут крохотную овальную железу. Она выделяет липкую слизь и пищеварительные ферменты, а также всасывает питательные вещества. Севшее на лист насекомое не может вырваться из-за того, что все волоски сразу же начинают медленно изгибаться к центру, облепляя жертву со всех сторон и начиная переваривание (приложение рис.2). Пищеварение и всасывание продолжаются несколько дней, после чего щупальца опять распрямляются, и процесс может начинаться сначала. Лист росянки - сверхчувствительная структура, реагирующая как на прикосновение, так и на химические стимулы. Попавшие на него несъедобные частицы могут вызвать временное движение волосков, однако дуновение ветра или капли дождя ловчего механизма не запускают. Дарвин в своем классическом исследовании насекомоядных растений продемонстрировал, что давление на железу даже фрагмента человеческого волоса способно стимулировать активное изгибание волоска, на вершине которого она находится. У жирянок из семейства пузырчатковых липкие железистые волоски густо усеивают поверхность собранных в розетку языковидных листьев. Эти волоски микроскопические и весьма многочисленные - 25 000 на 1 см². Давление на них любого чужеродного тела стимулирует секрецию. Азотистые вещества в теле насекомого вызывают обильное выделение слизистой переваривающей жидкости, внешне напоминающей жир, откуда и название растения. Движение ловушки ограничено краями листа, загибающимися вокруг прилипшей добычи. В результате в переваривании принимает участие больше железистой поверхности.

Растения с механическими капканами

Одни из самых сложных ловушек для насекомых известны у венериной мухоловки и альдрованды из семейства росянковых. Работают они по одному принципу, хотя первый вид - наземное растение, а второй - подводное. Несмотря на свой крайне ограниченный ареал, венерина мухоловка известна гораздо лучше, поскольку ее часто выращивают в оранжереях как ботанический курьез. Ее листья состоят из плоского лопатковидного черешка, оканчивающегося округлой пластинкой, разделенной центральной жилкой, как шарниром, на две симметричные половины, которые при стимуляции "схлопываются" (приложение рис.3). Верхняя поверхность их покрыта прямостоячими чувствительными волосками и густой массой красных желез на коротких ножках. Волоски запускают ловчий механизм, а железы образуют секреторно-всасывающую систему и, возможно, служат для привлечения добычи. По краю лист окружен рядом жестких прямостоячих шипов. Хотя растение и называется мухоловкой, ловит оно в основном ползающих насекомых (приложение рис.4).

Когда жертва дотрагивается до чувствительного волоска, половинки листа резко сближаются, не давая добыче уйти. Давление ее на поверхностные железы приводит к выделению пищеварительного сока. Когда все питательные вещества поглощены, капкан снова раскрывается. Самые сложные по устройству, хотя и самые мелкие по размеру, ловчие приспособления этого типа - у пузырчаток из того же, что и жирянки, семейства, наиболее эволюционно продвинутой группы насекомоядных растений. Самые распространенные виды - подводные растения без корней с тонко рассеченными листьями, несущими множество мелких ловчих пузырьков. Они редко превышают в диаметре 2 мм, овальные и снабжены круглым отверстием, которое закрыто клапаном, окруженным чувствительными щетинками. Система действует следующим образом. Внутренняя выстилка пузыревидного капкана покрыта волосками, непрерывно поглощающими находящуюся внутри него жидкость. В результате в его полости создается отрицательное давление. Когда мелкое животное прикасается к чувствительным щетинкам, клапан открывается и внутрь пузырька устремляется вода, увлекающая туда же жертву. Затем клапан возвращается в исходное положение, не позволяя добыче уйти. В конечном итоге жертва переваривается, и питательные вещества всасываются выстилающими ловушку тканями.

Растения с ловушками-западнями

Все растения этой группы саррацениевыех похожи друг на друга формой своих кувшинчатых листьев-ловушек. Они, по крайней мере, частично заполнены жидкостью, в которой тонут попадающие туда насекомые. Затем они перевариваются крохотными железами, находящимися у дна ловушек; там же животная пища всасывается. Длина кувшинчатых ловушек варьирует от 3,8 см у цефалотуса до более 60 см у саррацении желтой и дарлингтонии (приложение рис.5). Несмотря на разницу в размерах и форме ловчих листьев, общий принцип их функционирования одинаков.

Рассмотрим его на примере саррацений. Обычно их ловчие листья ярко окрашены (пурпурно-красный узор на зеленом или желтом фоне) и напоминают цветки. Насекомых они привлекают не только окраской, но и выделяемой нектарниками ароматной жидкостью. Листья разделены на несколько частей с определенными функциями у каждой. Снаружи находится посадочная платформа для насекомых. Затем идет устье кувшина с нектарными железами. Верхняя часть полости покрыта направленными вниз острыми волосками, позволяющими жертве легко соскальзывать на дно, но затрудняющими выход из западни. Наконец, нижняя часть заполнена жидкостью, в которой тонет добыча. Здесь стенка выстлана изнутри эпидермальными клетками с короткими железистыми выростами, которые секретируют пищеварительные ферменты.

Переваренный материал поглощается листом с помощью специализированных эпидермальных клеток другого типа. Если ловчий кувшин открывается устьем вверх, жидкость внутри него представляет собой в основном дождевую воду. Если же он прикрыт сверху выростом в виде навеса, то жидкость почти полностью секретируется растением. Открытые листья-ловушки саррацении пурпурной часто глубоко погружены в мох, так что в них попадают как ползающие, так и летающие насекомые. Дождевая вода, хотя и снижает концентрацию пищеварительных ферментов, на эффективность их действия не влияет. У других саррацений и у дарлингтонии посадочные платформы изогнуты и козырьком нависают над устьем ловушки. Дождевая вода внутрь почти не попадает, и жидкости в кувшине мало. Ловчая способность от этого также не снижается.

Список литературы

1.http://ru.wikipedia.org/

2.http://animalworld.com.ua/news/Rosjanka_muholovka_nepentesy_sarracenija-nasekomojadnye_rastenija

3.Холодный, Н.Г. Чарльз Дарвин и современные знания о насекомоядных растениях // Ч. Дарвин. Сочинения. Т. 7. М.; Л., 1948. С. 255-304.

Приложение

Рис.1. Росянка

Рис.2. Росянка, переваривающая муху

Рис.3. Венерина мухоловка

Рис.4.Кувшинчатые ловушки

Размещено на Allbest.ru