Físicamente unidos a una ubicación específica, las plantas tienen que idear formas especiales para asegurar su suministro de nutrientes vitales. La mayoría de las plantas han desarrollado un sistema de raíces para los nutrientes que necesitan para sobrevivir fuera del suelo. Pero qué pasa si son pobres en nutrienteslos suelos no satisfacen las necesidades de la vida: las plantas carnívoras como el atrapamoscas Venus han encontrado una salida a este dilema.
La Venus atrapamoscas es nativa de los humedales de Carolina del Norte y del Sur en la costa este de los Estados Unidos. En lugar de absorber nutrientes solo a través de sus raíces, la planta carnívora atrapa presas dentro de sus hojas que pueden cerrarse en una fracción desegundo. La planta es capaz de detectar presas a través de delicados pelos gatillo en el interior de sus hojas planas. Dado que los insectos presa vienen en diferentes tamaños y la atrapamoscas Venus no puede darse el lujo de ser quisquillosa, la planta hace crecer trampas en una variedad de tamaños.
Ahora los investigadores de las universidades de Würzburg y Cambridge han descubierto que los sensores táctiles en estas trampas ya responden a estímulos de presión diminutos, convirtiéndolos en señales eléctricas que provocan el cierre de la trampa. Han publicado sus resultados en la edición actual de Plantas naturales .
el cabello desencadenante convierte el tacto en electricidad
"Cada lóbulo de la trampa presenta de tres a cuatro pelos multicelulares que son resistentes a la torsión, excepto por una muesca en la base. Cuando un insecto, atraído por el olor, el color o el néctar de la trampa, toca el cabello desencadenante, el cabello cederáen el área de la base no reforzada. Esto hace que las células sensoriales en esta área se estiren por un lado y se compriman por el otro lado ", dice el profesor Rainer Hedrich, explicando el principio operativo de la trampa para moscas Venus. El biofísico y la plantainvestigador, quien ocupa la Cátedra de Botánica I en la Universidad de Würzburg, ha estado estudiando las especies de plantas carnívoras durante algún tiempo.
Cuando las células sensoriales se deforman de esta manera, los sensores táctiles responden convirtiendo la energía mecánica en señales eléctricas, disparando un potencial de acción, que se propaga rápidamente desde la base del cabello desencadenante por toda la trampa. Cuando se toca un cabello desencadenanteuna segunda vez dentro de un corto período de tiempo, el proceso se reinicia, y solo entonces se cierra la trampa.
¿Pero cuánto desvía un insecto el pelo del gatillo? ¿Cuál es el tamaño y peso mínimo que debe tener un insecto para ser detectado por el atrapamoscas Venus? El profesor Hedrich tenía estas preguntas en mente al realizar su último estudio ".Desde el principio fue claro que no obtendríamos fácilmente las respuestas usando insectos voladores ", explica el profesor Hedrich. Entonces, cuando buscaban una presa de insectos adecuada para usar en sus experimentos, el profesor Hedrich y su equipo optaron por las hormigas. El profesor Walter Federle, unexperto en biomecánica y especialista en hormigas en la Universidad de Cambridge, proporcionó la experiencia y el apoyo necesarios para los experimentos de los científicos de la planta de Würzburg.
La deflexión mínima desencadena la estimulación eléctrica
¿Cómo se puede hacer que las hormigas toquen el pelo del gatillo a la orden? Para resolver este problema, el especialista en hormigas Federle eligió hormigas cortadoras de hojas. Esta especie de hormiga viaja regularmente entre el sitio de alimentación y el nido. Para el experimento, Federle montóatrape los lóbulos dentro del rastro de alimentación de una colonia de hormigas que corta hojas. Luego monitoreó el tráfico de hormigas en el rastro de trampa con una cámara de alta velocidad que registró todos los contactos. El resultado: el análisis de Federle arrojó una desviación mínima y máxima del pelo del gatillo de 3.5y 7.5 grados, respectivamente.
Ahora, para determinar el ángulo y la fuerza necesarios para desencadenar un potencial de acción en el atrapamoscas Venus, los científicos reemplazaron las hormigas con micro manipuladores controlados por computadora equipados con transductores de fuerza especiales. Después de que los micro manipuladores habían sido depositados en eldesencadenó pelos, el ángulo de desviación fue variando progresivamente. "Nos sorprendió descubrir que nuestros detectores de voltaje ya registraron un potencial de acción con una desviación de alrededor de 2.9 grados", dice el Dr. Sönke Scherzer, autor principal del estudio y científico del profesor Hedrich.departamento. Esto significa que el atrapamoscas Venus ya detecta el contacto más débil con una hormiga que corta hojas.
Una trampa para cada tamaño de mosca
Una hormiga o mosca doméstica crea una fuerza al caminar que es aproximadamente equivalente a su peso corporal. Por lo tanto, una mosca que pesa diez miligramos es capaz de generar 100 micronewtons, una fuerza que es fácilmente suficiente para excitar una trampa grande. Sin embargo, si un mosquitocon un peso de solo tres miligramos termina en una trampa tan grande que los pelos del gatillo no se desviarán.
Pero dado que un mosquito también puede ser una fuente importante de nutrientes, la atrapamoscas Venus también ha desarrollado trampas más pequeñas durante el curso de la evolución. Estas mini trampas también responden a las fuerzas más pequeñas generadas por el mosquito liviano ". Esta trampa"La sensibilidad basada en el tamaño de los pelos desencadenantes es crucial para la eficiencia económica de las trampas", explica el profesor Hedrich. Después de todo, le cuesta a la planta mucha más energía reabrir una trampa grande que una pequeña.Los insectos presa nutritivos pudieron desencadenar trampas grandes, la relación costo-beneficio resultaría negativa y la atrapamoscas Venus moriría de hambre lentamente en el peor de los casos ", explica el profesor Hedrich.
Cuando los pelos del gatillo se cansan
Una vez que la trampa se ha cerrado, la presa del insecto generalmente no solo acepta su destino. En cambio, lucha e intenta escapar. En su pánico, toca constantemente los pelos táctiles, disparando hasta 100 potenciales de acción en dos horas.Profesor Hedrich, el atrapamoscas Venus tiene en cuenta estas señales eléctricas e inicia una respuesta correspondiente que abarca desde la producción y excreción de enzimas digestivas hasta la absorción de nutrientes de la presa descompuesta.
Los científicos realizaron otro experimento para determinar con qué frecuencia se puede estimular un solo cabello desencadenante en una hora. El resultado: "A partir de una frecuencia de una décima parte de un hercio, es decir, una estimulación cada diez segundos, el cabello desencadenante comienza a exhibirsesignos de fatiga ", dice Sönke Scherzer. A frecuencias más altas, ya no se activaba un potencial de acción cada vez que se estimulaba un cabello táctil y eventualmente los eventos eléctricos no tenían lugar. Cuando los científicos interrumpían la secuencia de estimulación repetida por un minuto, el cabello recuperó por completo sus propiedades mecanoeléctricas.
Células sensoriales bajo el microscopio
Para construir sobre esta investigación, los investigadores tienen como objetivo descubrir cómo cuenta la trampa para moscas y por qué el cabello táctil deja de responder cuando se estimula con alta frecuencia. Para este propósito, aislarán los pelos desencadenantes y las células sensoriales y determinarán una serie de propiedadescomo la fatiga y la recuperación de los canales iónicos que convierten el estímulo táctil en un evento eléctrico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Original escrito por Gunnar Bartsch. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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