Bietele insecte care aterizează pe o „Capcană a lui Venus” au o soartă tragică. Când ating structurile asemănătoare firelor de păr ale acestei plante carnivore remarcabile, frunzele ei se închid brusc, iar victima este digerată în câteva zile de enzimele secretate. Recent, cercetătorii francezi au descifrat mecanismul fizic din spatele acestei mișcări rapide, informează Reuters.
Potrivit cercetătorilor, experimentele au arătat că închiderea bruscă a capsulelor plantei carnivore „Capcana lui Venus” este inițiată de o înmuiere rapidă a pereților celulari din stratul exterior al capcanei plantei, care este o frunză puternic modificată, împărțită în doi lobi articulați, asemănători unor fălci cu dinți, notează Agerpres.
Timp de peste un secol, ipoteza predominantă a fost că închiderea capcanei era determinată de o redistribuire rapidă a apei în interiorul frunzei, apa deplasându-se între celule pentru a umfla o parte a frunzei. Însă noul studiu indică un mecanism biologic diferit.
„Una dintre cele mai emblematice plante din lume poate încă să ne surprindă. După cercetări de peste un secol, încă descoperim lucruri fundamental noi despre modul în care funcționează Capcana lui Venus”, a declarat fizicianul Yoel Forterre de la agenția franceză de cercetare CNRS și de la Universitatea Aix-Marseille, autorul-senior al studiului publicat joi în revista științifică Science.
„Capcana lui Venus”
„Capcana lui Venus” este o mică plantă carnivoră, originară dintr-o regiune limitată din Carolina de Nord și Carolina de Sud din Statele Unite. La fel ca multe alte plante carnivore, ea crește în medii sărace în nutrienți și își suplimentează nutriția prin capturarea și digestia unor insecte.
În cadrul unor experimente realizate la Marsilia, oamenii de știință au utilizat imagistică de mare viteză, măsurători mecanice prin indentarea stratului exterior al plantei și modelare mecanică. De asemenea, ei au măsurat transportul apei în țesutul vegetal pentru a exclude posibilitatea unui astfel de mecanism implicat în procesul studiat.
„Planta folosește niște firișori de declanșare specializați, localizați pe suprafața internă a capcanei. Atunci când o insectă atinge de două ori acei perișori într-o perioadă scurtă de timp, capcana se închide. Închiderea se poate produce într-o zecime de secundă”, a dezvăluit Yoel Forterre.
„Am identificat «motorul» intern”
„Ipoteza noastră că este că acea capcană este deja încărcată mecanic înainte de declanșare, la fel ca un arc. Când capcana este stimulată, pereții celulari ai stratului epidermic extern se înmoaie rapid cu aproximativ 30%-40%, ceea ce înseamnă că peretele celular devine mai flexibil. Acest lucru eliberează tensiunile interne stocate în țesut și determină îndoirea și închiderea capcanei. Înmuierea se produce în aproximativ o secundă”, a explicat Yoel Forterre.
Atunci când capcana se închide brusc, insecta rămâne blocată în capsulă, unde va fi digerată.
„Prin măsurarea directă a mecanicii capcanei vii în timp ce aceasta reacționează, am identificat «motorul» intern care împinge frunza dincolo de pragul său de instabilitate și declanșează deformarea care o închide brusc”, a declarat fizicianul și autorul principal al studiului, Jeongeun Ryu, care a lucrat la el în calitate de cercetător postdoctoral la CNRS și la Universitatea Aix-Marseille.
După ce planta absoarbe lichidul bogat în nutrienți, produs de procesele digestive, capcana se redeschide, lăsând în urmă exoscheletul gol al insectei.
„Ceea ce mi se pare remarcabil este faptul că evoluția adeseori nu inventează mecanisme complet noi, ci mai degrabă le reutilizează și le rafinează pe cele existente. Se știe că plantele își modifică proprietățile mecanice ale pereților celulari în timpul creșterii, însă «Capcana lui Venus» pare să ducă acest mecanism la extrem, folosindu-l pe o scară de timp de aproximativ o secundă”, a declarat Yoel Forterre.
Inspirație pentru construirea unor roboți flexibili
Există aproximativ 800 de specii cunoscute de plante carnivore. Acestea nu sunt toate strâns înrudite între ele, ceea ce indică faptul că factorul carnivor a evoluat independent de mai multe ori pe parcursul evoluției plantelor.
Modul în care se închide brusc „Capcana lui Venus” este un subiect care a stârnit de multă vreme interesul oamenilor de știință, printre care și Charles Darwin, naturalistul din secolul al XIX-lea care a dezvoltat teoria evoluției prin selecție naturală. Cercetătorii francezi văd potențiale aplicații practice ale descoperirii lor.
„Din câte știm, este pentru prima dată când se observă o schimbare atât de rapidă a proprietăților mecanice ale pereților celulari la o plantă”, a declarat Jeongeun Ryu.
„Acest fapt răspunde la o întrebare care datează încă de pe vremea lui Darwin – ce anume determină una dintre cele mai rapide mișcări din regnul vegetal – și indică spre o nouă modalitate de mișcare a ființelor vii: nu prin pomparea de fluid sau prin simpla colapsare, ci prin reglarea activă a rigidității propriului material. Acest principiu ar putea inspira, în cele din urmă, construirea unor roboți flexibili sau a unor materiale inteligente, deși aceasta rămâne o perspectivă pe termen lung”, a adăugat autorul principal al studiului.
