Ca să aibă succes la vânătoare, un prădător trebuie, de cele mai multe ori, să fie mai rapid decât prada lui. Iar plantele, după cum știm, nu sunt tocmai renumite pentru viteza lor.
Și totuși, există o plantă care a dezvoltat o strategie de supraviețuire fulgerătoare — una care îi permite să se hrănească cu insecte și arahnide ce, în mod normal, ar trebui să fie ferite de ghearele ei. Vorbim, desigur, despre celebra plantă carnivoră Venus (Dionaea muscipula), care își ademenește prada într-o capcană alcătuită din frunze, apoi se închide brusc în jurul victimei nefericite și o ține strâns cât timp o digeră în tihnă.
Multă vreme, oamenii de știință s-au întrebat ce mecanism îi permite acestei plante să se miște mai repede decât ar avea voie, teoretic, să o facă o plantă. Acum, o echipă de cercetători condusă de fizicianul Jeongeun Ryu, de la Centrul Național Francez de Cercetare Științifică (CNRS), spune că a pus, în sfârșit, degetul pe factorul declanșator.
Ca să-și activeze „fălcile”, planta înmoaie rapid pereții celulari din stratul exterior al capcanei. Această schimbare îi permite suprafeței exterioare să se întindă mai ușor decât cea interioară, îndoind frunza până când aceasta atinge un punct de basculare și se închide dintr-odată.
„Aceasta reprezintă cea mai rapidă modulare a mecanicii pereților celulari raportată la plante. Descoperirea noastră dezvăluie un mod de motilitate vegetală bazat pe reglarea dinamică a proprietăților materialului, sugerând principii pentru acționarea bioinspirată, fără mușchi.”, scriu cercetătorii, citaţi de publicaţia Science Alert.
Dincolo de fascinația pentru prădătorii vegetali, înțelegerea acestei reacții fulgerătoare — cea mai rapidă modulare celulară documentată la plante — deschide noi drumuri în ingineria materialelor și crearea de mecanisme bioinspirate care funcționează fără mușchi.
Plantele se pot mișca — dar de obicei o fac altfel
Multe plante sunt capabile de mișcări relativ rapide și precise. Unul dintre cele mai cunoscute exemple este Mimosa pudica, sau „nu mă atinge”, ale cărei foliole simetrice se închid atunci când sunt atinse — o manevră delicată despre care se crede că ajută planta să evite prădătorii sau să minimizeze daunele provocate de trecători.
Pentru numeroase plante, aceste mișcări sunt alimentate de fluxul de lichid: un sistem hidraulic simplu care modifică presiunea internă și, odată cu ea, forma plantei. Multă vreme, oamenii de știință au presupus că și mecanismul din spatele capcanei plantei carnivore Venus ar fi tot unul hidraulic. Numai că aici apărea o problemă.
De ce „teoria apei” pur și simplu nu se susținea
Ideea hidraulică tradițională suna așa: capcana se închide pentru că apa se deplasează de pe o parte a frunzei pe cealaltă, făcând o latură să se extindă mai mult decât cealaltă și îndoind astfel capcana până la închidere. Cercetătorii au identificat însă două defecte principale ale acestui model.
Primul ține de viteză. Apa se deplasează relativ încet prin țesutul vegetal. Echipa a măsurat cât de repede circulă apa printr-o plantă carnivoră Venus și a estimat că transportul ei pe toată grosimea capcanei ar dura între 30 și 150 de secunde — o viteză mult prea mică pentru ritmul în care o astfel de plantă trebuie să acționeze ca să-și prindă prada. În realitate, mișcările care inițiază închiderea se petrec într-un interval de aproximativ o secundă, adică mult mai repede decât s-ar putea deplasa apa prin capcană.
A doua problemă: un mecanism acționat de apă ar trebui să producă un val de mișcare întârziat de-a lungul capcanei, pe măsură ce lichidul se difuzează treptat prin țesut. Doar că cercetătorii nu au găsit niciun semn al unui asemenea tipar.
Așa că întrebarea firească devine: dacă nu e vorba de hidraulică, atunci despre ce e vorba?
Două etape, două teste și un indiciu ascuns în pereții celulari
În noul lor studiu, cercetătorii au descris procesul de închidere rapidă ca având două etape. Prima este faza de îndoire activă, în care capcana începe să se curbeze spre interior, către un punct critic de basculare. A doua este închiderea rapidă propriu-zisă — care durează doar 0,2 secunde.
Ca să afle ce anume declanșează faza activă, cercetătorii au pus la cale două teste. În primul, capcanele au fost tăiate în fâșii subțiri, tocmai pentru a împiedica mecanismul de închidere bruscă. În aceste condiții, capcanele tot se puteau îndoi, însă mult mai lent. În al doilea, capcanele au fost fixate în poziție deschisă și dotate cu un senzor de forță, menit să măsoare forța necesară menținerii separării dintre cei doi lobi. Rezultatul a fost asemănător: a scos la iveală o mișcare de îndoire treptată care precede etapa rapidă de închidere bruscă.
Ultima piesă a puzzle-ului a fost să observe ce face, de fapt, planta în timpul acelei faze active de îndoire. Cercetătorii au folosit o sondă minusculă pentru a măsura pereții celulozici rigizi ai celulelor din interiorul și din exteriorul capcanei, înainte și după închidere. Pereții celulari de pe suprafața interioară abia dacă s-au modificat — în schimb, cei de pe suprafața exterioară s-au înmuiat, pierzând aproximativ 40% din rigiditatea lor.
Cum funcționează capcana plantei carnivore Venus? Mecanismul pas cu pas
Iată, așadar, cum se petrec lucrurile. Pentru a înțelege viteza de 0,2 secunde a etapei finale, trebuie privit la nivel microscopic, direct în structura celulară a frunzei. Înainte de declanșare, presiunea turgorică — forța din interiorul unei celule care împinge membrana celulară împotriva peretelui celular — este distribuită uniform pe pereții interiori și exteriori ai capcanei.
Când o creatură târâtoare declanșează capcana atingând de două ori, în succesiune rapidă, unul dintre filamentele sensibile din interiorul ei, peretele exterior se înmoaie. Asta îi permite suprafeței exterioare să se întindă mai ușor decât cea interioară, creând o neconcordanță care îndoaie frunza. Într-un răstimp relativ scurt, această îndoire depășește pragul de instabilitate care declanșează închiderea bruscă, iar lobii se închid cu putere — suficient de repede încât planta să reacționeze la un stimul și să-și asigure o cină delicioasă.
Partea cu adevărat uimitoare
Și aici intervine partea cu adevărat uimitoare. Această înmuiere a peretelui celular reprezintă, în esență, chiar modul în care cresc plantele. Practic, plantele carnivore Venus au perfecționat un instrument pe care îl aveau deja în dotarea lor genetică, astfel încât să poată adopta o abordare mai proactivă în procurarea nutrienților.
„Aceste adaptări fin reglate, care permit plantelor să aibă avantajul în interacțiunea cu animalele, ridică o altă întrebare – cum pot ele să rezulte dintr-un proces evolutiv bazat pe încercări și erori?”, scrie bioinginerul Jacques Dumais, de la Universitatea Adolfo Ibáñez din Chile, într-un editorial pe această temă.
Acum știm cum își face magia planta carnivoră Venus — însă asta nu i-a răpit nimic din farmec. Cel puțin nu atâta timp cât aceste întrebări evolutive, mai ample, rămân fără răspuns. Aceste rezultate nu doar că rezolvă un mister biomecanic vechi de decenii, dar demonstrează cum planta carnivoră Venus a reușit, prin evoluție, să își transforme propriile mecanisme de creștere celulară în arme de vânătoare letale.
Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Science.
Ce s-a mai descoperit în Natură & Geografie?
Praful ridicat de impactul de la Chicxulub ar fi putut grăbi extincția dinozaurilor
Secarea Mării Aral a eliberat aproximativ 825 de milioane de tone de CO₂ începând cu 1960
Un melanom care trece de la un pește la altul, primul cancer transmisibil la un animal de apă dulce
O coincidență climatică explică de ce s-au prăbușit civilizațiile mediteraneene în vremea „Odiseei”
