Неожиданное открытие: хищные растения не всегда охотники, а порой – поставщики пищи для насекомых

Известно более 800 видов плотоядных растений. Несмотря на разнообразие форм, их объединяет одно: способность ловить и убивать добычу для выживания. По крайней мере, так считалось ранее. Однако новое исследование ставит под сомнение более чем вековые представления о взаимоотношениях хищник-жертва между насекомоядными цветковыми растениями и насекомыми, которых они привлекают. Ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) обнаружили, что эти взаимоотношения не так однозначны: один вид плотоядных растений позволяет 98% пойманных насекомых покинуть ловушку невредимыми.

Хотя у каждого вида встречаются особи, менее приспособленные к выживанию, природа обычно исключает их из генофонда. Тем не менее, этот вид плотоядных растений процветает. Поэтому это открытие стало одновременно захватывающим и озадачивающим для экологов.

По словам ведущего автора исследования профессора Дэвида Армитиджа из Отдела интегративной экологии сообществ OIST, экологи часто склонны классифицировать взаимодействия как фиксированные типы, например, хищник-жертва или конкуренция. Однако, как подчеркивает Армитидж, современные исследования показывают, что эти экологические взаимодействия гораздо более контекстно-зависимы и изменчивы.

Тайна кувшиночников Дарлингтонии

Рассматриваемая группа плотоядных растений относится к роду непентесов (кувшиночников), которые известны своими специализированными ловушками-кувшинами. Эти ловушки образуются из видоизмененных листьев и привлекают насекомых поверхностным нектаром. Когда насекомое садится, чтобы поесть, оно соскальзывает в луковичную полость растения и тонет, снабжая растение питательными веществами. Этот нектар особенно привлекателен для ос-скрытников (Vespidae) – группы, насчитывающей около 5000 известных видов.

Во время полевых исследований ученые заметили странность: осы питались нектаром плотоядного растения, но затем беспрепятственно покидали ловушку. Это взаимодействие ранее было задокументировано в 2005 году. По словам Армитиджа, наблюдая за непентесами, можно часто видеть, как насекомые садятся на них, питаются и затем улетают. Уровень их захвата оказался крайне низким.

В том исследовании 2005 года, проведенном под руководством Филипа Диксона, было показано, что калифорнийские кувшиночники вида Darlingtonia californica захватывали менее 2% ос, приземлявшихся на них для кормления. Это навело ученых на мысль о неэффективности ловушки, если ее целью является приманка для еды. Предыдущие работы предполагали, что здесь могут действовать иные механизмы, помимо отношений хищник-жертва, однако характер возможного мутуалистического (взаимовыгодного) взаимодействия оставался неясным.

Азот – ключ к разгадке

В поисках окончательного объяснения этой природной аномалии Армитидж с командой отправились в Калифорнию для сбора образцов: ос, листьев-кувшинов, образующих «ловушку», и другой флоры. Используя масс-спектрометрию для оценки биохимического состава (в частности, уровня азота) у ос, найденных вблизи кувшиночников, по сравнению с осами из более удаленных мест, исследователи обнаружили, что этот питательный элемент является ключевым фактором. По сути, кувшиночники не так уж плохи в своем «деле»; они, возможно, контролируют свой источник пищи удивительно изобретательным способом.

Роль азота хорошо известна в ботанике и садоводстве. Бактерии извлекают азот из атмосферы и преобразуют его в формы, доступные для растений. Животные получают азот, поедая растения, а затем он передается хищникам по пищевой цепи.

Легкая форма азота (азот-14) обычно выводится из организма, поскольку ее легче расщепить, чем тяжелую (азот-15), которая накапливается в тканях. Благодаря этому, уровень тяжелого азота может помочь ученым определить положение животного в пищевой цепи.

У плотоядных растений уровень азота отличается от нехищных видов из-за их рациона. У вида D. californica следы тяжелых изотопов азота присутствуют в нектаре, который производит растение, и, соответственно, передаются осам, привлекаемым этим нектаром.

Но самое интересное, как выяснили ученые, заключается в следующем: образцы ос, найденные ближе к кувшинам, имели повышенный уровень азота-15 по сравнению с осами, обитающими дальше от плотоядных растений. Это указывает на то, что осы зависят от этого богатого азотом нектара и извлекают выгоду из надежного источника пищи, где вознаграждение значительно перевешивает риск.

Друг или враг?

Стоит отметить, что кувшиночники, которые часто считаются пассивными охотниками по сравнению с другими плотоядными видами, способны регулировать тургор (упругость) своих листовых «крышек-ловушек». Вероятно, они используют этот механизм, чтобы время от времени ловить ос, в остальное же время предлагая посетителям структурно прочную платформу для кормления. Таким образом, низкий процент поимки делает растение скорее другом, чем врагом.

По словам Армитиджа, «идея о том, что растение может культивировать насекомых для последующего потребления, весьма примечательна».

Хотя исследование демонстрирует, что взаимодействия между растениями и животными изучены недостаточно, оно также открывает возможности для изучения того, насколько растения, подобные этим калифорнийским кувшиночникам, влияют на формирование местных экосистем, возможно, гораздо больше, чем предполагалось ранее.

«Роль кувшиночников в некоторых из этих очень засушливых, малопродуктивных районов Калифорнийских гор может быть недооценена», — добавляет Армитидж. «Редкие и уникальные растения, такие как Дарлингтония, могут даже считаться краеугольными видами (фундаментальными), формирующими основу для сложных экосистем, подобных коралловым рифам или мангровым лесам».

Исследование было опубликовано в журнале Ecology.