Полтора века назад Чарльз Дарвин заподозрил, что некоторые растения способны не просто ловить насекомых, но и питаться ими. Теперь его догадка получила неожиданное подтверждение: альпийский цветок из Китая оказался настоящим хищником.

Речь о Saxifraga candelabrum — растении с липкими волосками, которое привлекает, ловит, переваривает и усваивает питательные вещества из насекомых. Ученые доказали это экспериментально: активность пищеварительных ферментов зафиксировали напрямую, а меченый азот из плодовых мушек проследили в тканях растения. Это прямое свидетельство того, что добыча действительно кормит цветок.

Открытие возвращает к гипотезе, которую Дарвин выдвинул еще в 1875 году. Оно же намекает: плотоядность среди цветковых растений, возможно, распространена куда шире, чем принято считать.

Странное растение, которое оказалось не просто липким

Липкие волоски на альпийском цветке из юго-западного Китая делают больше, чем просто ловят пролетающих насекомых. Они помогают Saxifraga candelabrum получать питательные вещества из добычи, и это ставит растение в ряд подтверждённых плотоядных видов. Открытие добавляет и сам род Saxifraga, и более широкий порядок Saxifragales к известному разнообразию хищных растений. Вывод потребовал больше, чем наблюдение за прилипшими к растению насекомыми. Чтобы считаться плотоядным, вид должен демонстрировать адаптации для привлечения и поимки добычи, её переваривания и усвоения питательных веществ. S. candelabrum прошёл каждую часть этого теста.

Работа также возвращает к вопросу, который Чарльз Дарвин поднял ещё в 1875 году. Он подозревал, что некоторые виды Saxifraga могут быть плотоядными, потому что их железистые волоски способны ловить насекомых. Однако его собственные эксперименты по кормлению так и не дали решающих доказательств. Теперь, спустя почти полтора века, у учёных появились данные, которых не хватало Дарвину.

Липкая ловушка с вековой историей

Saxifraga candelabrum растёт в альпийских районах Цинхай-Тибетского нагорья и гор Хэндуань. Встречается в центральном и северном Юньнане, а также на юго-западе Сычуани, часто в бедных питательными веществами каменистых расщелинах. Стебли и цветоносные ветви покрыты железистыми волосками, выделяющими клейкий секрет.

Полевые наблюдения показали, что взрослые растения в среднем ловили по 71 насекомому. Большую часть добычи составляли мелкие комары-звонцы из семейства Chironomidae. Исследователи также изучили 45 гербарных образцов с цветками, собранных между 1888 и 2016 годами. На 43 из них к железистым волоскам всё ещё были прикреплены насекомые. Эта вековая летопись указывает, что поимка добычи не была случайным событием, связанным с одним местом или сезоном.

Количество пойманной добычи росло вместе с размером цветоносных ветвей. Молодые растения с относительно небольшим числом ветвей ловили мало насекомых или не ловили вовсе.

Запах, который манит мелких жертв

Затем команда проверила, просто ли насекомые случайно сталкиваются с липким растением или же их что-то привлекает. Часть цветущих растений заключили в прозрачное стекло, которое сохраняло их внешний вид, но блокировало запах. Другие окружили дышащей белой сеткой, скрывавшей внешний вид, но позволявшей аромату распространяться.

Насекомые посещали необработанные растения и визуально скрытые растения чаще, чем растения с заблокированным запахом и контрольные. Посещаемость визуально замаскированных растений оказалась значительно выше, чем у растений, чей запах был перекрыт. Результат указал на цветочный запах как на один из факторов привлечения.

Химический анализ выявил несколько летучих соединений, включая β-мирцен и эвкалиптол, которые могут способствовать привлечению насекомых. При этом растение, похоже, избегает ловить многих насекомых, полезных для опыления. Большинство пойманных жертв были мелкими, особенно Chironomidae. Более крупные насекомые из групп Calliphoridae, Halictidae, Muscidae, Syrphidae и Tachinidae служили эффективными опылителями и попадались редко. Такое разделение позволяет одним и тем же цветущим структурам выполнять две роли: ловить мелких насекомых и при этом почти не вредить крупным опылителям.

Ферменты раскрывают механизм пищеварения

Поимка добычи ещё не доказывала, что S. candelabrum способен её переваривать. Поэтому исследователи искали активность фосфатазы. Этот фермент помогает высвобождать питательные вещества и часто встречается в исследованиях плотоядных растений. Флуоресцентные тесты показали активность фосфатазы в железистых волосках на листьях, стеблях и чашелистиках растения.

Тот же сигнал появился у Pinguicula primuliflora — известного плотоядного растения, использованного в качестве положительного контроля. Близкородственный неплотоядный вид Saxifraga filicaulis не показал обнаружимой флуоресценции в тех же условиях. Эксперимент повторяли трижды с похожими результатами. Эти данные показали, что липкие волоски не просто обездвиживают насекомых — они обладают пищеварительной активностью, способной помогать расщеплять добычу.

Азот перешёл от мушек в ткани растения

Самый убедительный тест проследил путь питательных веществ непосредственно от насекомых в растительную ткань. Исследователи вырастили более 1000 плодовых мушек в течение примерно двух месяцев на пище, содержащей азот, обогащённый стабильным изотопом ¹⁵N. Ещё 500 мушек вырастили обычным способом.

Полевые эксперименты включали 60 растений S. candelabrum с трёх участков в Шангри-Ла, Юньнань. Ещё 20 растений прошли лабораторные тесты. В опыты также включили известный плотоядный вид Drosera peltata и два неплотоядных контроля. Растения обычно получали по 10 меченых мушек.

После кормления и S. candelabrum, и D. peltata показали значительное увеличение меченого азота. Два неплотоядных вида — нет. Почва возле обработанных растений S. candelabrum оставалась бедной ¹⁵N. Это помогло исключить возможность, что меченый материал сначала попал в почву и достиг растений через корни. Исследователи также исключили ткани, которые напрямую контактировали с мушками, чтобы снизить вероятность того, что результат объясняется поверхностным загрязнением.

Внутри S. candelabrum наибольшее обогащение азотом показали цветки, за ними следовали стеблевые листья и прикорневые листья. Такая картина указывала, что питательные вещества, полученные из добычи, перемещались за пределы исходной ловчей поверхности и попадали в другие ткани.

Геном тоже намекает на плотоядность

Генетические данные добавили ещё один слой к делу. Команда собрала геном S. candelabrum на уровне хромосом, оценив его примерно в 2,24 миллиарда пар оснований. Сравнение с другими плотоядными растениями выявило семейства генов, связанные с привлечением добычи, пищеварением и усвоением питательных веществ. Исследователи также обнаружили примеры конвергентных генетических изменений среди независимо эволюционировавших плотоядных линий.

Когда сравнение расширили на плотоядные растения с разными ловчими системами, одни общие генетические паттерны сохранялись, а другие различались. Такое сочетание предполагает, что плотоядность эволюционировала независимо несколько раз, иногда с использованием сходных генетических механизмов, а иногда — разных. Это открытие не только подтверждает догадку Дарвина, но и намекает: хищничество среди цветковых растений может быть распространено гораздо шире, чем мы привыкли думать.