Kødædende plantes forsvar blev til angrebsvåben
Plante udviklede sig fra insektføde til selv at spise insekter - med DNA fra rødderne til bladene.

Venus fluefanger-planten bruger gener, der normalt styrer røddernes næringsoptag til at fordøje insekter i de modificerede blade. Genanalyser viser, at den kødædende plante har et angrebsvåben, som er omprogrammeret fra en forsvarsmekanisme.
(Foto: Shutterstock)

Insekter kan være planternes værste fjender. Græshoppeplagen var ifølge Biblen den ottende af Egyptens ti plager. Græshopperne åd alle planterne og frugterne på træerne, hvis vi skal tro 2. Mosebog, kapitel 10.

Nu har forskere fra Universität Wurzburg vist, hvordan planterne har taget hævn over deres plageånder.

Analyser af det genetiske materiale forklarer, hvordan evolutionen har brugt en urgammel forsvarsmekanisme til fyre op under venus fluefangerens angrebsvåben.

Spis, men bliv ikke selv spist!

Når lille Peter Edderkop eller en stor flue klemmer sig ind mellem insektfældens fristende, modificerede blade, fornemmer planten deres bevægelser med sine følehår og klapper sammen. Insektet er fanget bag et gitter af pigge langs bladkanten.

Fluefangerne reagerer ikke kun på, at insektet bevæger sig. Et hornagtigt stof i insektets ydre skal, kitin, pirrer den kødædende plante endnu mere.

Fra advarsel til madsignal

Blandt almindelige planter er smagen af kitin et advarselssignal, der siger: »Pas på! Du bliver spist!«

Men til den kødædende plante siger smagen af kitin: »Så er der serveret. Velbekomme!«

»Venus fluefangerens (Dionaea muscipula) forsvarsmekanisme er blevet omprogrammeret af evolutionen,« fortæller en af forskerne, Rainer Hedrich, i en pressemeddelse fra universitetet.

»Artiklen, der bliver nævnt, lader til at være et meget vigtigt og interessant stykke pionerarbejde, der hjælper os med at forstå, hvordan kødædende planter har udviklet sig fra deres ikke-kødædende forfædre,« kommenterer professor Brita Stedje fra Naturhistorisk Museum i Oslo i en e-mail til forskning.no.

DNA fra rødderne

De tyske forskere har fundet ud af, at evolutionen havde endnu et smart trick i ærmet. Insektfælderne henter det genetiske materiale, som andre planter bruger til at opsuge næringsstoffer i rødderne, med enzymer.

Kirtler i de omdannede blade producerer enzymer, der nedbryder insektet, så det kan opsluges og fordøjes. Generne, som styrer denne proces, findes normalt i rødderne på almindelige planter. Insektfælderene er altså på én og samme tid både omdannede blade og rødder.
(Foto: Dirk Becker / Sönke Scherzer)

Enzymerne i de modificerede blade, insektfælderne, opløser byttedyret, så det kan blive suget op og blive næring for den kødædende plante.

Den kødædende plantes insektfælder er med andre ord rødder og blade på én og samme tid.

Cellelaget, hvor næringsstofferne bliver optaget, er kraftigt foldet. Det minder ifølge Stedje om menneskets tarmsystem.

Planten sparer på kræfterne

Kødædende planter lever gerne i næringsfattig jord for eksempel i højmoser og på fugtige heder. Insekterne er kun kosttilskud og ikke planternes hovedernæring.

Derfor har fluefangerne udviklet et sindrigt system for ikke at spilde energi, mens insektet bliver fordøjet. Følehår inde i bladet føler, hvor stor fangsten er.

Hormoner fyrer op under enzymerne

Jo større fangst, desto flere følehår udsender nervesignaler. De går til kirtler i bladet, der udskiller hormonet jasmonat.

Jasmonat vækker mange forskellige gener. De begynder at bygge proteiner til enzymer.

Disse enzymer nedbryder insektet til stoffer, som planten kan fortære.

Forskerne kortlagde 20.000 gener

Forskerne analyserede, hvilke gener der blev aktiverede, når den kødædende plante spiste insekterne. Generne blev aktiveret ved hjælp af RNA-molekyler.

På denne måde fandt de 20.000 RNA-molekyler, som kaldes transkriptomet.

De fleste kender den fascinerende, kødædende plante venus fluefanger, som med sine takkede blade aktivt fanger insekter og fordøjer dem. Planten har betaget forskere i mange år. Blandt andre var Charles Darwin meget fascineret af kødædende planter og kaldte netop venus fluefanger-planten for ‘one of the most wonderful in the world’.
(Foto: The New International Encyclopædia via WikiCommons)

Forskere har brugt mere end fem år, og 2,5 millioner euro, cirka 18,5 millioner kroner, i et EU-projekt for at kortlægge transkriptomet i et projekt kaldet Carnivorom.

Ifølje Stedje er det særlige ved dette arbejde, hvordan ny genteknologi bliver brugt til både at bekræfte tidligere antagelser og give ny indsigt.

Kødædende planter er opstået flere gange

»Det er slet ikke usædvanligt, at enkelte gener eller hele organer i dyr og planter bliver omprogrammeret eller omdannet og får helt nye funktioner,« skriver Stedje og fortsætter:

»Kødædende planter er opstået mindst tre gange i evolutionshistorien og findes inden for forskellige plantefamilier.«

Små og nøjsomme

Disse kødædende plante er ofte små, selvom der findes undtagelser, og forskning.no har tidligere skrevet om en plante på Filippinerne, som spiser mus og rotter eller deres afføring, der ender i planten.

Hvorfor er stadig langt de fleste helt små? En del af forklaringen ligger i, hvor de vokser, mosen, hvor der er masser af lys, men kun lidt næring.

Her er det ikke en fordel at være stor. Også små planter får nok sollys på den åbne mose.

»I næringsrig jord sammen med almindelige planter ville de kødædende blive udkonkurreret ret hurtigt, da de er små og vokser langsomt sammenlignet med andre,« slutter Stedje.

© forskning.no Oversat af Stephanie Lammers-Clark

Venus Fluefanger, Dionaea muscipula, er en flerårig rosetplante i soldugfamilien, hjemmehørende i staterne North og South Carolina i USA.

Den vokser på fugtige overdrev og enge i sur jord mindre end 100 kilometer fra kysten. Slægten rummer kun denne ene art. Planten blev opdaget i 1763 og blev i 1770 som den første art beskrevet som en kødædende plante.

Dionaea er navngivet efter den græske gudinde Afrodites mor, Dione. Populærnavnet hentyder til hendes romerske modpart Venus, og ’musca’ betyder flue, men populærnavnet er ikke specielt velvalgt, da Dionaea fanger langt flere edderkopper og kravlende insekter, end den fanger fluer.

Bladpladens to halvdele (lober) kan klappe sammen omkring midtnerven, og da bladranden er forsynet med en række oprette tænder, kommer fælden og fangstmekanismen til at minde om en rævesaks.

Bladstilken er bred og tjener til fotosyntese. Der produceres sommer- og vinterblade, hvor de sidstnævnte har længere bladstilke og mindre, ofte inaktive fælder.

Blomsterne er hvide og halvanden centimeter i diameter. De sidder i halvskærm på et uforholdsmæssigt langt skaft (op til 30 centimeter) i forhold til den jordnære roset. Det bevirker en rumlig adskillelse af blomster og fælder, så der ikke konkurreres om de samme insekter som bestøvere og bytte.

Dionaea er ofte i handelen og relativt nem at dyrke, når den får masser af lys, står i sur sandblandet sphagnum og med konstant kalkfrit vand i underskålen. Den må ikke gødes eller bringes til at klappe unødigt med fælderne.

Fangst af bytte
Byttet lokkes til af nektarier, der sidder tættest i en zone under tænderne. På hver lobe sidder tre stive triggerhår. Berøres et triggerhår to gange inden for 30 sekunder, eller berøres to triggerhår hver én gang inden for samme tidsrum, klapper fælden under optimale forhold omkring byttet på et halvt sekund.

Når byttet kæmper for at slippe fri, berøres triggerhårene flere gange, og det får de to lober til at presse sig tæt til omkring byttet, samtidig med at de talrige fordøjelseskirtler, der dækker hovedparten af loberne, begynder at udskille en sur, enzymholdig fordøjelsesvæske.

Den langsomme bevægelse varer cirka en halv time. Systemet med to berøringer inden for 30 sekunder sikrer, at byttet ikke er for lille med for ringe næringsværdi, idet et lille dyr eller en død genstand kun meget sjældent vil udløse fælden.

Regndråber kan heller ikke udløse fælden. Klapmekanismen er energikrævende, og det er derfor vigtigt, at byttet har en minimumsnæringsværdi. Det kan tage op til et par dage at genåbne en fælde, der klapper forgæves, og i den periode kan fælden ikke fange noget.

Triggerhårene har en indsnævring nær basis, og ved berøring af håret deformeres nogle celler i dette område. Herved udløses elektriske spændingsforskelle (aktionspotentialer), der vandrer langs cellemembranen fra celle til celle ud over hele bladpladen.

Samtidig ændres permeabiliteten i cellemembranen, og brintioner siver ud i cellevæggene, hvorved pH sænkes. Det sker i vævet på undersiden af bladloberne og omkring midtribben. pH-sænkningen aktiverer enzymer, der allerede befinder sig i cellevæggene. Enzymernes aktivitet frigør calciumioner, der formentlig i form af calcium-pektat har medvirket til at binde væggenes celluloseskelet sammen, og cellevæggene bliver derved bløde og eftergivende for tryk.

Ionerne følger den elektriske gradient og strømmer ind i cellerne, hvorved der samtidig trækkes vand ind ved osmose. Herved stiger trykket i cellerne på undersiden af bladet, cellerne strækkes og tvinger de to bladlober imod hinanden. Denne form for vækstbevægelse kaldes sur vækst på grund af pH-sænkningen i cellevæggene. Det må nærmest siges at være forunderligt, at disse processer kan foregå i løbet af et splitsekund.

Ved genåbning af fælden er det kun cellerne i den øverste halvdel af bladloberne, der vokser, og det sker i normal hastighed. Væske- og enzymudskillelsen sættes i gang af kvælstofholdige udskillelser fra byttet. Fordøjelseskirtlerne er således både enzymudskillende og næringsoptagende.

Efter en fordøjelsesproces genopbygges enzymlagrene i vakuoler og cellevægge, og det kan ske tre-fire gange, inden bladet dør. Fordøjelsen varer fem til ti dage afhængigt af byttets størrelse. Det er kun byttets bløddele, der udnyttes, og optagelse af det organiske kvælstof og fosfor fra byttet gør, at Dionaea som andre kødædende planter kan klare sig på næringsfattige biotoper.

Kitinskeletter kan ikke nedbrydes, og de ligger tilbage, når fælden genåbnes, men tørrer hurtigt ind og blæser bort. Udtjente fælder erstattes af nye sommeren igennem, men der er sjældent flere end syv aktive fælder pr. roset.

(Kilde: Den Store Danske)
 

Det sker