Изучены водные хищные растения со сверхбыстрыми ловушками

Как водные хищные растения Utricularia, часто встречающиеся на болотах, захватывают добычу менее чем за миллисекунду? Команда французских физиков из Laboratoire Interdisciplinaire de Physique определила остроумный механический процесс, позволяющий растению захватывать любых слишком любопытных мелких водных животных, которые приближаются слишком близко. Это изменение кривизны ловушки и высвобождение связанной с ней упругой энергии делают её самой быстрой известной водной ловушкой в мире. Результаты опубликованы 16 февраля 2011 года на сайте журнала Proceedings of the Royal Society of London B.

Utricularia — хищные растения, захватывающие мелкую добычу с помощью замечательных всасывающих ловушек. Это безкорневые растения, состоящие из очень тонких разветвлённых листьев, на которых крепятся ловушки в форме бурдюка размером в несколько миллиметров. Над водой выступают только цветы на длинных стеблях. Ловушки находятся под водой. Когда водное животное (водяная блоха, циклоп, дафния или личинка комара) касается чувствительных волосков, ловушка всасывает его вместе с водой за доли секунды, после чего вода отфильтровывается через стенки.

Чтобы понять механизм, исследователи наблюдали и записывали сверхбыстрые движения фазы захвата с помощью высокоскоростной камеры. Учёные показали, что дверца ловушки подвергается бифуркации (buckling), что меняет её кривизну и позволяет очень быстро открыться и закрыться, захватывая добычу. Время всасывания (менее миллисекунды) оказалось значительно короче, чем предполагалось ранее.

Как именно работает эта неумолимая ловушка? На первом этапе, длящемся несколько часов, растение медленно откачивает содержащуюся в ловушке жидкость, создавая внутри отрицательное давление. Во время этой фазы «взведения» упругая энергия запасается в стенках ловушки. Ловушка готова захлопнуться. Малейшее прикосновение к чувствительному волоску на дверце запускает её открытие. Оно начинается с бифуркации дверцы — внезапного изменения формы. Дверца действует как упругий клапан: изначально выпуклая наружу, она выгибается внутрь, меняя свою кривизну.

Высвобождение упругой энергии, запасённой в стенках ловушки, создаёт всасывающий вихрь с ускорением до 600 g, оставляя добыче, спровоцировавшей механизм, мало шансов на спасение. Затем дверца очень быстро снова меняет кривизну и возвращается в исходную форму. Ловушка герметично закрывается вокруг жертвы, которая будет растворена пищеварительными ферментами растения, обеспечивая его ценными питательными веществами. До следующей охоты...

Эти результаты, полученные с помощью высокоскоростной камеры, также подтверждены численным моделированием исследователей, которое будет опубликовано во второй статье в Physical Review E.