Хищный образ жизни растений требует больших генетических затрат
Растения обычно производят богатую энергией биомассу с помощью света, воды и CO2, находясь в начале пищевых цепочек. Однако хищные растения "перевернули столы" и сами добывают пищу, охотясь в основном на насекомых.
Публикация в журнале Current Biology раскрывает секреты жизни зелёных хищников. Учёные Райнер Хедрих и Йорг Шульц из Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (Германия) и их коллега Мицуджасу Хасэбэ из Университета Окадзаки (Япония) расшифровали и проанализировали геномы трёх видов хищных растений:
- Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) из Северной Америки
- Водяное колесо (Aldrovanda vesiculosa), встречающееся по всему миру
- Росянка (Drosera spatulata), широко распространённая в Азии
Все три вида относятся к семейству росянковых, но заселили разные среды обитания и выработали собственные механизмы ловли: складывающиеся ловушки у Dionaea и Aldrovanda и липкие щупальца у Drosera.
Базовые гены для хищничества
Исследователи выяснили, что, несмотря на различия, у всех трёх растений есть общий "базовый набор" генов, необходимый для хищного образа жизни. Их функции связаны со способностью чувствовать и переваривать добычу, а также усваивать её питательные вещества.
Происхождение этих "генов хищничества" можно проследить до события дупликации (удвоения) всего генома, произошедшего много миллионов лет назад у последнего общего предка этих трёх видов. Эта дупликация предоставила эволюции основу для развития новых функций.
Генетическая бедность при особом образе жизни
Неожиданным открытием стало то, что для хищничества растениям не требуется особенно большое количество генов. Напротив, изученные виды оказались одними из самых "бедных" на гены растений:
- Drosera — 18 111 генов
- Dionaea — 21 135 генов
- Aldrovanda — 25 123 гена
Для сравнения: у большинства растений от 30 000 до 40 000 генов. Это означает, что специализация на животной пище сопровождалась не только увеличением, но и массивной потерей генов.
Гены корней активны в ловчих органах
Большинство генов, необходимых для ловчих органов, в слегка изменённом виде встречаются и у обычных растений. У хищных растений в ловушках активны гены, которые у других растений функционируют в корнях. Причём в ловушках они включаются только когда добыча поймана. Это согласуется с тем, что у венериной мухоловки и росянки корни значительно редуцированы, а у водяного колеса отсутствуют вовсе.
Дальнейшие исследования
Учёные получили представление об эволюции хищничества у растений и теперь имеют три "чертежа" этого особого образа жизни. Их следующая цель — лучше понять молекулярную основу работы ловушек.
Было установлено, что венерина мухоловка считает электрические стимулы от добычи, запоминает это число на определённое время и затем принимает решение, соответствующее количеству стимулов. Теперь предстоит понять биофизико-биохимический принцип, по которому хищные растения ведут счёт.