Ученые раскрыли молекулярный механизм осязания венериной мухоловки

Растения не имеют нервов, но способны чутко реагировать на прикосновения. Яркий пример – венерина мухоловка, чьи чувствительные волоски запускают механизм захлопывания ловушки при двойном касании. Долгое время молекулярная основа этого «осязания» оставалась загадкой.

Команда ученых из Университета Сайтама и Национального института фундаментальной биологии Японии определила ключевой сенсор, позволяющий растению улавливать даже самые легкие прикосновения добычи. Им оказался ионный канал DmMSL10, который в большом количестве находится у основания сенсорных волосков.

Чтобы понять принцип его работы, исследователи создали генетически модифицированные мухоловки, вырабатывающие флуоресцентный белок. Этот белок начинал светиться в ответ на изменение концентрации ионов кальция, позволяя визуализировать передачу сигнала в реальном времени. По словам доцента Хираку Суды, этот подход позволил «увидеть момент преобразования физического стимула в биологический сигнал».

Эксперименты показали, что слабое прикосновение к волоску вызывает лишь локальный всплеск кальция и небольшой электрический импульс. Однако более сильное воздействие или повторное касание запускает пороговый механизм – возникает мощный электрический разряд, известный как потенциал действия, и волна кальция распространяется по всему листу-ловушке. Этот принцип срабатывания «всё или ничего» напоминает работу нервной системы животных.

Чтобы доказать решающую роль белка DmMSL10, ученые «отключили» отвечающий за него ген. Такие растения-нокауты потеряли свою чувствительность. В ответ на стимулы, которые у обычных растений вызывали закрытие ловушки, у них наблюдались лишь слабые локальные сигналы. Это подтвердило, что DmMSL10 действует как усилитель, который преобразует слабый первоначальный импульс в мощный сигнал к действию.

Для проверки в естественных условиях исследователи создали небольшую экосистему, где по ловушкам свободно ползали муравьи. У обычных растений прикосновения насекомых вызывали кальциевые волны и последующее схлопывание ловушки. В то же время растения без гена DmMSL10 реагировали на муравьев гораздо реже, и их ловушки практически не закрывались.

Открытие доказывает, что DmMSL10 является ключевым механосенсором, обеспечивающим удивительную чувствительность хищного растения. Поскольку способность реагировать на механические воздействия – фундаментальное свойство растительного мира, ученые полагают, что схожие молекулярные механизмы могут быть распространены далеко за пределами одного вида.