Хищные растения

Оглавление Введение

1. Очаровательные убийцы.

2. Ловчие структуры.

2.1 Растения с ловушками-западнями.

2.2 Растения с ловушками-липучками.

2.3 Растения с механическими капканами.

3. Обзор хищных растений острова Борнео на примере Непентесов

3.1 Общие сведения.

3.2 Удивительные факты.

Заключение

Литература Введение Есть в великолепном царстве Флоры группа растений, которая во все времена не только приводила в восторг естествоиспытателей и натуралистов, но и служила неистощимым источником вдохновения для создателей леденящих душу небылиц, в которых человеческая фантазия с лихвой восполняла недостаток точных знаний и фактов.

Эти растения принадлежат к разным семействам и обитают в самых различных климатических зонах — от арктических тундр до экваториальных джунглей. Но есть у них одна общая черта — все они насекомоядные хищники, главное дело жизни которых — охота. И пусть добыча по нашим меркам — невелика, а сам процесс охоты — беззвучен, в этих драматичных схватках растения и животного внимательному наблюдателю открывается великий закон вечного движения Природы — борьба за выживание.

1. Очаровательные убийцы Насекомоядные растения, травы или полукустарники, способные ловить насекомых и других мелких животных с помощью специально приспособленных для этого листьев. В большинстве случаев в ловушки попадают насекомые, тело которых переваривается ферментами или разрушается кислотами, выделяемыми именно с этой целью. В результате растение помимо фотосинтеза пользуется дополнительным источником питания. Известно примерно 450 видов насекомоядных растений, называемых также плотоядными. Они представляют шесть родов из 6 семейств. Три семейства очень близки между собой. Это произрастающие в Новом Свете саррацениевые (Sarraceniaceae), к которым относятся несколько видов рода саррацения (Sarracenia), род дарлингтония (Darlingtonia) с единственным видом дарлингтония калифорнийская (D. californica) и виды слабо изученного южноамериканского рода гелиамфора (Heliamphora), семейство непентовых (Nepenthaceae), включающее более 60 широко распространенных в тропиках Старого Света лиан своего единственного рода непентес, или кувшиночник (Nepenthes), и весьма своеобразное семейство цефалотовых (Cephalotaceae) из Западной Австралии с единственным видом цефалотус мешочковидный (Cephalotus follicularis). Семейство росянковых (Droseraceae) объединяет примерно 90 видов повсеместно распространенных росянок (Drosera) и 3 более необычных вида, каждый из которых является единственным представителем своего рода, — венерину мухоловку (Dioanaea muscipula), альдрованду пузырчатую (Aldrovanda vesiculosa) и росолист лузитанский, или португальскую мухоловку (Drosophyllum lusitanicum). Австралийские библисовые (семейство Byblidaceae) внешне похожи на росянковых, однако в близком родстве с ними не состоят. Они представлены двумя видами рода библис (Byblis). В стороне от прочих стоят также пузырчатковые (семейство Lentibulariaceae), выделяющиеся своими двусторонне симметричными цветками. К ним относятся примерно 30 видов жирянок (Pinguicula) и более 250 видов растущих в воде пузырчаток (Utricularia). Следует отметить, что насекомоядными являются и некоторые почвенные грибы. Насекомоядные растения встречаются во всех экосистемах, где могут жить цветковые растения, — от Арктики до тропиков и от уровня моря до альпийского пояса гор. Они известны на всех обитаемых континентах, но в основном в областях с теплым, умеренным и тропическим климатом, где предпочитают солнечные места, хотя непентесы часто поселяются под пологом леса. Больше всего насекомоядных растений (более 50 видов из 6 родов) произрастает на юго-западе Австралии, но и в Северной Америке их немало. Некоторые из них распространены широко, как, например, саррацения пурпурная (S. purpurea), встречающаяся от Лабрадора до Флориды, тогда как ареал других очень ограничен: венерина мухоловка, в частности, известна только в окрестностях Уилмингтона в Северной Каролине. Большинство насекомоядных растений произрастает на сыром, бедном азотом субстрате болотистых местообитаний — моховых подушках, торфе или песке. Пузырчатки и альдрованда — целиком водные виды, а полукустарник росолист, напротив, освоил засушливые местообитания в Испании и Марокко. Большинство насекомоядных растений — бесстебельные многолетники с прикорневой розеткой листьев, преобразованных в ловчие структуры.

2. Ловчие структуры Различают три типа ловушек: западни (у саррацениевых, непентовых и цефалотовых), липучки (у росянок и жирянок) и капканы (у венериной мухоловки и пузырчаток). [1]

насекомоядный растение хищный липучка

2.1 Растения с ловушками-западнями Саррацениевые из-за своих относительно крупных размеров и широкого распространения относятся к самым известным насекомоядным растениям. В США произрастают 10 их видов из двух родов. У гелиамфор цветки мелкие в соцветиях, а у остальных представителей семейства обычно крупные, одиночные, верхушечные с расширенными столбиками (Рис.2). Хорошо известны также непентесы из тропиков Восточного полушария, поскольку многих из них разводят из-за их необычного облика. У видов этого рода цветки мелкие, собранные в верхушечные кисти. Австралийский цефалотус крайне редок, но тоже встречается в оранжереях. Соцветиями мелких цветков он напоминает камнеломки, к которым таксономически очень близок. Все растения этой группы 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 (S. flava) и дарлингтонии. 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. Чемпионом в этом плане считается саррацения малая (S. minor), у которой ловчий кувшин прикрыт капюшоном, но, несмотря на это, часто бывает буквально набит остатками муравьев. У саррацении малой и дарлингтонии калифорнийской навесы над ловушками снабжены тонкими просвечивающими участками. По-видимому, они призваны вводить ищущих выхода из западни крылатых насекомых в заблуждение: взлетая к свету, они ударяются об «окно» и падают в находящуюся внизу жидкость. Непентесы — самые причудливые растения этой группы. Они начинают развитие с прикорневой розетки. Затем она дает взбирающиеся по деревьям длинные стебли с листьями, часть которых обычная, а остальные весьма своеобразные: нижняя часть их черешка широкая, фотосинтезирующая, верхняя — тонкая, обвивающая опору, а пластинка преобразована в ловчий кувшин, иногда настолько большой, что вмещает до литра жидкости.

2.2 Растения с ловушками-липучками Этими приспособлениями пользуются библисы, росолист, росянки и жирянки (Рис.3). 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 и росолист). 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. Росянки распространены по всему миру, но больше всего их в Западной Австралии (более 50 видов). Многие из них — мелкие розеточные формы, но среди австралийских представителей рода известны также вьющиеся, ветвистые и прямостоячие растения. По сравнению с размерами зеленых частей цветки часто крупные, хорошо заметные, розовые, желтые или белые, образующие простые соцветия. Форма листьев видоспецифична и бывает круглой, ложковидной, нитчатой или вильчатой, однако принцип строения всегда один и тот же. Типичный пример — росянка круглолистная (D. rotundifolia), 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. 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.

2.3 Растения с механическими капканами Одни из самых сложных ловушек для насекомых известны у венериной мухоловки и альдрованды из семейства росянковых (Рис.4). 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». 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. 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. Цветки пузырчаток двугубые, часто броские. 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.

3. Обзор хищныx растений острова Борнео на примере Непентесов

3.1 Общие сведения Непентесы (Nepenthes) — один из родов плотоядных растений. Насчитывается около 120 видов, преимущественно произрастающих в тропиках Азии, однако некоторые единичные виды распространились от Мадагаскара до Австралии. Но настоящая сокровищница Непентесов, включающая наибольшее число видов, в том числе эндемиков — это остров Борнео, третий по величине остров нашей планеты.

Единственный род непентес в монотипном семействе непентовые (Nepenthaceae), назван так в честь травы забвения из древнегреческой мифологии — непенфа. Произрастают Непентесы как в низменных, так и в высокогорных тропических лесах. Некоторые виды приспособились к экстремальным условиям высоко в горах, где высокая дневная температура сменяется почти нулевыми значениями ночью. Эти растения встречаются на неплодородных почвах, размываемых ливневыми дождями. Чаще всего произростают они на заболоченных участках леса с низким содержанием фосфора и азота, скальных образованиях, а также керангах. Керанги — это похожие на саванну огромные каменные площадки на вершинах невысоких гор, покрытые мхами и поросшие кустарниковой растительностью, приспособившейся к высокой кислотности почвы, палящему солнцу и практически полному отсутствию питательных веществ. Сами же Непентесы, как правило — кустарниковые или полукустарниковые лианы, имеющие слабую корневую систему и стебель, в некоторых случаях взбирающиеся по стволам и ветвям деревьев на десятки метров в высоту.

Также среди Непентесов встречаются эпифиты, растущие на деревьях без контакта с почвой. Мужские и женские цветки Непентесов расположены в кистях или метелках, на разных растениях. Многие виды Непентесов обладают двумя типами ловчих кувшинов, верхними и нижними. Кувшины — это модифицированные листья, приспособленные для ловли и переваривания добычи. Нижние располагаются на земле и имеют более округлую форму и крупные размеры. В то время как верхние кувшины намного меньше и более вытянутой формы, что позволяет растению без труда виться вверх в поисках добычи. Сверху кувшины защищены крышечкой, предохраняющей от переполнения дождевой водой. Спереди в два ряда располагаются своеобразные крылья, покрытые волосками, служащие опорой и направляющие насекомых в кувшин (Рис.5) .

Рис. 5. Строение ловчих кувшинов.

3.2 Удивительные факты Хотя непентисы являются коварными врагами насекомых, все же с некоторыми из них существует крепкая симбиотическая связь, приносящая немалую пользу обоим. Муравьи вида Polyrhachis pruinosa обладают уникальной способностью спускаться внутрь кувшина без угрозы для жизни и выбираться наружу. Даже попав в жидкость, они демонстрируют искусное мастерство пловца и с легкостью выбираются на внутренние стенки кувшина. Далее им приходится столкнуться с ещё одним препятствием — рядом заостренных внутрь пластин перистома. Не каждый муравей может преодолеть их с первой попытки, срываясь вниз. Порой такие попытки выбраться муравьи предпринимают по несколько раз. Взаимоотношения насекомого и растения заключаются в том, что эти муравьи извлекают умерших насекомых из кувшина, предотвращая замусоривание, и не позволяя процессам гниения нанести вред растению. Извлеченные насекомые идут на корм личинкам муравьев, которые нуждаются в протеине. Сами же муравьи питаются нектаром, который служит приманкой для одних насекомых и сладким поощрением для муравьев этого вида.

Существуют и другие виды симбиоза Непентесов и насекомых. Например, некоторые виды москитов откладывают яйца в недавно выросшие кувшины. Личинка проходит все стадии развития перед окукливанием в жидкости, наполняющей кувшин, приспособившись к жизни в среде с повышенной кислотностью. А выйдя из куколки, будучи взрослой особью улетает прочь, возвращаясь только отложить яйца. Иногда эти кувшины служат домом пауку-крабу (Misumenops nepenthicola), который охотно поедает добычу, пойманную растением, а также охотится на живущих в недрах кувшина личинок москитов, ныряя за ними. Самые маленькие лягушки старого света (Microhyla nepenthicola), которые впервые были описаны учеными в августе 2010 года, откладывают икринки на краях ловчих кувшинов, а головастики растут и развиваются в жидкости наполняющей эти кувшины. Организмы, которые проводят по крайней мере часть своей жизни в кувшине растения, называют инфауной Непентеса. А организмы, специализирующиеся только на одном виде растения Непентес и не встречающиеся в кувшинах других видов, называются н епентобионты (nepenthebionts). Другие же организмы, тесно взаимодействующие с Непентесами, но не ограничивающие свои связи только с одним из видов, называются н епентофилы (nepenthophiles).

Эти взаимоотношения еще не полностью изучены, но ученые предполагают, что насекомые получают от растения жилье, питание или защиту, а растение в свою очередь получает ускоренное разрушение захваченной добычи и передачу азота растению путем выделения ионов аммония, а также поддержание в норме уровня вредных бактериальных популяций. Существует также удивительный факт симбиоза животных и Непентесов, говорить о котором приходится с долей иронии. Дело в том, что ученые из канадского университета во время экспедиции на острове Борнео обнаружили, что горная тупайя, мелкий зверек похожий на белку, во время кормления нектаром использует кувшины одного из видов Непентесов (N. lowii) как биотуалет. Расстояние от отверстия чаши до вышерасположенных желёз, выделяющих нектар, в точности соответствует длине тела горной тупайи, а диаметр отверстия хорошо сочетается с габаритами самого зверька. Заметив это, они установили скрытые камеры и зафиксировали данный научный факт. Растение получает недостающий азот, необходимый для роста, а тупайя нектар. Таким образом животные, насекомые и Непентесы извлекают огромную пользу из этих взаимоотношений.

Заключение

В отличие от всех других растений, плотоядные пошли по необычному эволюционному пути. В то время как большинство растений получают питательные вещества из почвы, плотоядные, столкнувшись с крайне неблагоприятными условиями существования на не плодородных почвах, не сдались перед превратностями судьбы, а придумали в результате естественного отбора свой способ выживания и научились получать питательные вещества из насекомых, а в некоторых случаях и из мелких животных, переквалифицировавшись в хищников. Ученые, исследовав ДНК различных групп плотоядных растений, пришли к выводу, что все они произошли независимо друг от друга в разных частях света, несмотря на то, что в некоторых случаях их морфология схожа. Таким образом, можно сделать вывод, что природа не раз повторялась в своих творениях. Примером этому служат различные семейства растений, питающихся живыми организмами.

1) Александрова В. Д. Растения — хищники. Издательство детской литературы. 1955. 19−23.

2) Маккалистер Рой. Всё о растениях хищниках. Издательство Кристалл. 2006.

3) Хищные растения острова Борнео. Электронный материал.

http://macroclub.ru/story/nepenthes