Τα σαρκοφάγα φυτά τελικά δεν είναι τόσο μοχθηρά ...όσο απελπισμένα

Ο Charles Darwin ήταν ο πρώτος επιστήμονας που κατέδειξε πειραματικά ότι ορισμένα φυτά, «τα πιο θαυμάσια φυτά στον κόσμο» όπως τα αποκαλούσε, μπορούν να προσελκύσουν, να σκοτώσουν και να απορροφήσουν τα θρεπτικά συστατικά από τα άτυχα θηράματα τους που θα κάνουν το λάθος να προσγειωθούν στα φύλλα τους.

Οι επιστημονικές έρευνες και η κατανόηση των σαρκοφάγων φυτών εξελίχθηκαν και άλλαξαν δραματικά τα τελευταία 30 χρόνια. Εξετάστηκαν πτυχές της φυσιολογίας, της βιοχημείας, της γονιδιωματικής, της οικολογίας και της εξέλιξης καθώς και οι σοβαρές απειλές που αντιμετωπίζουν σήμερα από την υπερβολική συλλογή, τη λαθροθηρία και τις κλιματικές αλλαγές, οι οποίες απειλούν άμεσα τα ενδιαιτήματά τους και τη διατήρησή τους.

Σε πρόσφατη μελέτη, συγκρίθηκαν τα γενετικά δεδομένα από διαφορετικά είδη σαρκοφάγων φυτών (pitcher plant) από την Αυστραλία (Cephalotus follicularis), τη Βόρεια Αμερική (Sarracenia purpurea) και την Ασία (Nepenthes alata) και διαπίστωσαν ότι είχαν πολύ όμοιους βιολογικούς μηχανισμούς πέψης των εντόμων, παρόλο που εξελίχθηκαν σε σαρκοφάγα σε απομακρυσμένα περιβάλλοντα. Τα σαρκοφάγα φυτά σε όλο τον κόσμο δημιούργησαν την ίδια θανατηφόρα μοριακή συνταγή, αν και τους χώριζαν εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης.

Είχαν ένα κουτί γενετικών εργαλείων και προσπάθησαν να βρουν ένα τρόπο να γίνουν σαρκοφάγα. Τελικά όλα βρήκαν την ίδια λύση

Τα σαρκοβόρα φυτά απαντώνται στο οικογενειακό δέντρο αγγειόσπερμων. Το αυστραλιανό φυτό pitcher Cephalotus follicularis, έχει πιο κοντινή συγγένεια με το φυτό καραμπόλα Averrhoa carambola παρά με άλλα είδη φυτών pitcher που βρίσκονται στην Αμερική και στη νοτιοανατολική Ασία. Ενώ το Sarracenia purpurea και το Nepenthes alata μοιράζονται οικογενειακούς δεσμούς με τα φρούτα ακτινίδιο και φαγόπυρο αντίστοιχα.

Η ομοιότητα μεταξύ των διαφόρων ειδών είναι ένα παράδειγμα συγκλίνουσας εξέλιξης, στην οποία ξεχωριστά είδη αναπτύσσουν ανεξάρτητα τα ίδια χαρακτηριστικά.

Οι ερευνητές γνώριζαν τη σημασία της συγκλίνουσας εξέλιξης στα σαρκοφάγα φυτά, σε ένα πρώτο επίπεδο όπως ως προς το εξωτερικό σχήμα τους, όπου τα πράγματα φαίνονται ίδια και ενεργούν ίδια. Στα σαρκοβόρα φυτά η σύγκλιση φθάνει σε μοριακό επίπεδο: Χρησιμοποιούν και παρόμοιες πρωτεΐνες.

Θανατηφόρα συνταγή

Όλα τα φυτά έχουν παρόμοια εμφάνιση, ένα σωληνώδες φύλλο, το οποίο είναι ολισθηρό στο εσωτερικό, έτσι ώστε όταν τα έντομα παγιδευτούν μέσα, δυσκολεύονται να αναρριχηθούν πάνω. Αφού παγιδευτούν, πεπτικά υγρά διασπούν το θήραμα, και απορροφούν τα θρεπτικά συστατικά των εντόμων.

Για να προσδιοριστεί ο τρόπος με τον οποίο τα pitchers τρώνε το θήραμά τους, οι ερευνητές εξέτασαν το πεπτικό κοκτέιλ των σαρκοφάγων φυτών και αναγνώρισαν συνολικά 35 πρωτεΐνες. Πολλές από τις πρωτεΐνες σχετίζονταν με εκείνες που άλλα μη σαρκοφάγα φυτά χρησιμοποιούν για την άμυνα παθογόνων. Για παράδειγμα, τα φυτά τυπικά παράγουν ένζυμα που διασπούν ένα πολυμερές που ονομάζεται χιτίνη ως άμυνα ενάντια στους μύκητες, καθώς το κυτταρικό τοίχωμα των μυκήτων αποτελείται από χιτίνη. Όμως, και τα τρία είδη σαρκοφάγων φυτών ενδέχεται να προσάρμοσαν το ένζυμο να διασπά τον εξωσκελετό εντόμων, ο οποίος επίσης αποτελείται από χιτίνη.

Σχετικά μακρινοί συγγενείς σαρκοφάγων φυτών, συμπεριλαμβανομένων των ειδών των φυτών pitcher, τα γονίδια που προσάρμοσαν να κωδικοποιούν πρωτεΐνες του πεπτικού υγρού έχουν κοινή εξελικτική προέλευση. Επιπλέον, ορισμένα από αυτά τα γονίδια εξέλιξαν ανεξάρτητα να αλλάζουν το σχήμα των ενζύμων που κωδικοποιούν με παρόμοιο τρόπο στα διάφορα είδη. Αυτές οι μεταλλάξεις εικάζεται ότι μπορεί να βοηθούν στη σταθεροποίηση των ενζύμων όταν βρίσκονται μαζί στο πεπτικό υγρό.

Τα φυτά από την Αμερική, την Αυστραλία και την Ασία εξέλιξαν την ίδια μέθοδο. Χρησιμοποιούν όλα όμοια πεπτικά ένζυμα για να διασπάσουν τη λεία τους, παρόλο που κάθε είδος εξελίχθηκε ξεχωριστά. Αυτό υποδηλώνει ότι υπάρχουν περιορισμένοι τρόποι με τους οποίους τα φυτά παράγουν πεπτικά ένζυμα. Οι πιθανότητες του ίδιου μηχανισμού που εξελίσσεται σε τρεις διαφορετικές χρονικές στιγμές είναι ελάχιστες. "Είτε υπάρχουν μόνο λίγοι τρόποι, ή μόνο λίγοι γρήγοροι τρόποι" δήλωσε ο βοτανολόγος Thomas Givnish από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison.

Γιατί εξελίχθηκαν τα φυτά σε σαρκοφάγα, ενώ άλλα φυτά αρκέστηκαν στον ήλιο και το νερό;

Αποδεικνύεται ότι τα σαρκοφάγα φυτά δεν ήταν τόσο άπληστα και μοχθηρά αλλά μάλλον απελπισμένα, εξελικτικά μιλώντας. Πριν γίνουν σαρκοφάγα, ήταν κανονικά μηχανήματα φωτοσύνθεσης. Τα φυτά που εξελίχθηκαν σε σαρκοφάγα αναπτύχθηκαν σε περιβάλλον με κακή ποιότητα εδάφους, ιδιαίτερα φτωχό σε βασικά συστατικά. Προκειμένου να επιβιώσουν. Προσαρμόστηκαν. Εξέλιξαν την ικανότητα να παγιδεύουν έντομα και να απορροφούν από αυτά το φώσφορο, άζωτο και άλλα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονταν για την ανάπτυξή τους.

Ήταν μια πράξη απελπισίας

Η ανάπτυξη της δυνατότητας να τρώνε έντομα δεν θα είχε καμιά χρησιμότητα αν το φυτό δεν μπορούσε να τα παγιδεύσει πρώτα, και εδώ η εξέλιξη έχει καταλήξει σε πιο ποικίλες λύσεις. Για παράδειγμα, το σαρκοφάγο φυτό Bladderwort ακινητοποιεί το θύμα του χρησιμοποιώντας μικροσκοπικές βεντούζες.

Ένα φυτό, για να μετατρέψει τα φύλλα του σε εξειδικευμένες παγίδες θυσιάζει πολλή ενέργεια. Οι παγίδες δεν μπορούν να φωτοσυνθέσουν πολύ καλά, με αποτέλεσμα να αξιοποιούν λιγότερη ενέργεια από τον ήλιο.

Για να λειτουργήσει μια παγίδα απαιτείται επίσης πολλή ενέργεια. Αν συναντήσετε κάποιο σαρκοφάγο φυτό μπορεί να θελήσετε να ελέγξετε τον κινούμενο μηχανισμό παγίδευσης. Ωστόσο δε πρέπει να το κάνετε, καθώς μπορούν να κλείσουν μόνο τέσσερις ή πέντε φορές προτού πεθάνουν. Αν το πειράξετε βασικά το αναγκάζετε να σπαταλήσει τον περιορισμένο αριθμό επιθέσεων στο δάχτυλό σας, κάτι που δεν μπορεί να παγιδεύει και να φάει.

Και αν το φυτό βρίσκεται σε εσωτερικό χώρο μπορείτε να του προσφέρετε ένα μικρό έντομο, γιατί αν και μπορεί να επιβιώσει μόνο με φωτοσύνθεση, ευδοκιμεί μόνο όταν καταναλώνει έντομα.

--

Πηγές:

1. Fukushima, K., Fang, X., Alvarez-Ponce, D., Cai, H., Carretero-Paulet, L., Chen, C., ... & Hoshi, Y. (2017). Genome of the pitcher plant Cephalotus reveals genetic changes associated with carnivory. Nature ecology & evolution, 1(3), 0059.
2. Ellison, A. M., & Adamec, L. (Eds.). (2017). Carnivorous Plants: Physiology, Ecology, and Evolution. Oxford University Press.
3. Hatano, N. & Hamada, T. J. Prot. Res. doi:10.1021/pr700566d (2008).
4. http://www.buffalo.edu/news/releases/2017/02/010.html
5. https://www.britannica.com/plant/carnivorous-plant
6. https://www.britannica.com/plant/pitcher-plant
7. https://www.britannica.com/plant/bladderwort