Die meisten Krug Pflanzen fressen Insekten, und die Evolution hat die drei Teile eines Krug geformt, um jeweils eine präzise Aufgabe, die ein Insekt Tod gewährleistet.
Oben auf dem Krug befindet sich ein Deckel, der Operculum genannt wird. Der Deckel hält Regenwasser fern, das sonst die Verdauungssäfte verdünnen würde.
Der rutschige Rand des Pitchers wird als Peristom bezeichnet.,
Die Pitcherart Nepenthes rajah von Borneo ist groß genug, um eine Ratte zu ertränken
„Sie hat viele Rillen und eine Mikrostruktur, die es so macht, dass Insekten sich nicht so gut daran befestigen können“, erklärt Dr. Tanya Renner, die Pitcher plants für ihre Promotion studiert hat und sie ab August als Professorin an der San Diego State University weiter erforschen wird.von 2015. Sie ist derzeit Postdoktorandin an der Universität von Arizona.
Die Felge ist sehr ‚benetzbar‘, fügt Sie hinzu., Mit anderen Worten: „Wenn Wasser es berührt, macht es es sehr rutschig.“
Sobald ein Insekt in den Pitcherpool rutscht, ist das Innere des Pitchers extrem wachsartig. „Es ist wie Eislaufen auf einer Blattoberfläche“, sagt sie, und die Käfer können keine Traktion bekommen, um herauszukriechen.
Selbst fliegende Insekten entkommen selten. Wenn ein Käfer nicht sofort ertrinkt, geben der Zucker und die Verdauungssäfte der Flüssigkeit eine Klebrigkeit, die das Fliegen mit nassen Flügeln sehr schwierig macht.
Die Ausbildung der Spitzmaus
Aber eine tropische Krug-Pflanzenart, Nepenthes lowii, neigt dazu, seltsamerweise an Insekten zu fehlen.,
Stattdessen füllen sich die Krüge dieser Pflanze mit Kot einer viel größeren Beute: Tupaia montana, die Montane Tree Shrew.
Um zu sehen, ob die Pitcherpflanzen eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung zu der Spitzmaus entwickelt hatten, reiste 2009 ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Jonathan Moran von der Royal Roads University in Kanada in den Montane Cloud Forest von Malaysia, wo N. lowii wächst.
Eine einzelne Pflanze von N. lowii hat zwei Arten von Krügen: terrestrische Krüge entlang des Bodens und Luftkrüge in der Luft.,
Baumspitzmäuse sitzen auf dem Krug und lecken zuckerhaltigen Saft von seinem Rand
Durch Fernaufnahmen dieser Pflanzen während des Tages bestätigte das Team, dass nur die terrestrischen Krüge Insekten fangen. Videos zeigten, dass die Luftkrüge von der Baumspindel besucht werden, die Nektar frisst, den die Pflanze an ihrem Rand produziert.
Während die Baumschere füttert, entleert sie sich oft im Krug. Der Kot ist sehr stickstoffreich und wäre für die Pflanze äußerst nützlich.,
Um festzustellen, ob die Pflanzen in der Lage waren, Stickstoff aus dem Kot der Baumspindel aufzunehmen, führten die Wissenschaftler eine stabile Isotopenanalyse an den Krug-Blättern durch, eine Technik, die den Ursprung eines Elements verfolgt. Das Team kam zu dem Schluss, dass N. lowii-Pflanzen mit Luftkrügen 57-100% ihres Stickstoffs aus diesem Spitzmaus-Poo ableiten.
Diese Studie zeigte den ersten bekannten Mutualismus zwischen einer fleischfressenden Pflanze und einem Säugetier. Die Entdeckung löste ein plötzliches wissenschaftliches Interesse an den riesigen Pflanzen aus, die Fleisch essen.,
Zum Beispiel ist die Pitcher-Art Nepenthes rajah von Borneo groß genug, um eine Ratte zu ertränken.
Genau wie das Innere eines Neugeborenen beginnt jeder Nubile Krug sein Leben völlig frei von Mikroben
Das löste Spekulationen aus, dass einige Pflanzen tatsächlich das Fleisch von Säugetieren töteten und aßen.
Im Jahr 2011 ging eine andere Gruppe von Wissenschaftlern aus Deutschland und Malaysia nach Borneo, um diese riesige Krug-Pflanze zu überwachen.
Wie in der vorherigen Studie filmten die Wissenschaftler Pitcher plants, um zu enthüllen, wer sie besuchte., Aber anstatt nur Nachtbesucher zu filmen, teilte diese Gruppe ihre Aufnahmezeit zwischen Tag und Nacht auf.
Sie fanden heraus, dass tagsüber Baumspitzmäuse auf dem Krug sitzen und zuckerhaltigen Saft vom Krug lecken und dann direkt hineinstecken.
Nach Sonnenuntergang ernährt sich die nachtaktive Ratte Rattus baluensis auf die gleiche Weise und handelt mit süßem Saft gegen stickstoffreichen Kot. Die gleiche Krug-Pflanzenart bildet mehrere Symbiosen mit Säugetieren, die nur durch die Tageszeit getrennt sind.
Im Verlauf der zweimonatigen Studie ertrank tatsächlich nur ein Säugetier in einer Krug-Pflanze., Die Krug Pflanzen wahrscheinlich nicht beabsichtigen, Nagetiere zu töten, obwohl gruselig genug, trotz der Anwesenheit der Ratte Leiche, andere Tiere suchten noch Nektar und verwendet, um den Krug Toilette.
Aber der Rattenkadaver hätte eine andere Kreatur abschrecken können: Fledermäuse.
Die Fledermaushöhle
Einige Wissenschaftler hatten Fledermäuse im Laufe der Jahre in tropischen Krug Pflanzen schlafen gesehen.
Aber bis die Baumspitzstudien veröffentlicht wurden, gingen die meisten Wissenschaftler davon aus, dass die Fledermäuse einfach Freeloader waren und die Krüge als freie Flächen ausnutzten, als sie es versäumten, bis Sonnenaufgang ihren dauerhaften Schlafplatz zu erreichen.,
Es brauchte ein fledermausliebendes Wissenschaftsduo, die Doktoranden Caroline und Michael Schöner, um zu zeigen, dass die Fledermäuse tatsächlich treue, zahlende Kunden sind.
Die Pflanzen profitieren wirklich von den Fledermäusen
Auf der Suche nach der Krug-Pflanze Nepenthes hemsleyana reiste das Duo in die Tieflandwälder von Borneo. Diese Art war beobachtet worden Hosting Wollfledermäuse (Kerivoula hardwickii hardwickii), und ein paar Hinweise deuteten die Pflanzen entwickelt hatten Fledermaus Mieter zu locken.
N., hemsleyana ist bis zu sieben Mal schlechter beim Fangen von Insekten als sein enger Cousin, N. rafflesiana und N. hemsleyana Krüge sind bis zu vier Mal länger, auch. Diese erhöhte Länge würde es einer schlaksigen Fledermaus ermöglichen, viel bequemer zu passen.
Sobald die Schöners wussten, nach welchen Krug-Typen sie suchen sollten, waren die Fledermäuse leicht zu finden. In nur sechs Wochen fand das Team 32 verschiedene Wollfledermäuse in Krügen. Die Wollfledermaus ist die einzige Fledermausart, die sie in Krügen gefunden haben.,
Michael und Caroline platzierten dann Tracker auf 17 der Fledermäuse, um zu quantifizieren, wie viel die Fledermäuse die Pitcherpflanzen als Tagesställe verwenden.
Was sie fanden, war überraschend: Die Wollfledermäuse benutzen ausschließlich N. hemsleyana Pitcher als Tageshähne. Obwohl der Wald viele andere Fledermaus-ähnliche Optionen hält, wie gerollte Blätter oder hohle Bäume, um die Wollfledermaus, Krug Pflanzen sind zu Hause.
Die Fledermäuse sind auch gute Hausfrauen. „Eine stabile Isotopenanalyse hat gezeigt, dass die Pflanzen wirklich von den Fledermäusen profitieren“, sagt Caroline. N., hemsleyana erntet etwa ein Drittel des Stickstoffs in seinen Blättern aus Wollfledermausfäkalien. Die Studie wurde in Biology Letters veröffentlicht.
Diese Art von Gegenseitigkeit ist sehr selten.
Wenn Pflanzen und Tiere normalerweise zusammenarbeiten, liefern die Pflanzen Nahrung im Austausch für Dienstleistungen. Pflanzen können beispielsweise nahrhaften Nektar oder Obst liefern, und im Gegenzug besuchen Tiere die Pflanzen, um Pollen oder Samen zu füttern, wenn sie gehen.,
Bei Krug-Pflanzen sind die Rollen umgekehrt: Die Pflanze erhält nahrhaften Stickstoff und das Tier erhält Dienstleistungen wie Schutz vor Raubtieren und Wetter.
Caroline und Michael Schöner werden von Dr. Gerald Kerth von der Universität Greifswald und Dr. T Ulmar Grafe von der Universität Brunei in Darussalam betreut. Gemeinsam arbeitet die Gruppe daran, diese außergewöhnliche Gegenseitigkeit besser zu verstehen.
Das Team startete ein zweites Überwachungsexperiment, das viel länger dauerte, und erkundete mehr Feldstandorte in ganz Borneo., Diese Forschung ergab, dass die Fledermäuse manchmal auch in einer zweiten Nepenthes-Art brüten, N. bicalcarata.
Nachdem eine Pflanze ein Insekt in ihrem Krug spürt, produziert sie Enzyme
Fledermäuse haben ihre Gründe, lieber in N. hemsleyana zu brüten, entdeckte das Team. N. hemsleyana Krüge schaffen ein besseres Mikroklima für die Fledermäuse und halten eine stabilere und höhere Luftfeuchtigkeit als Krüge von N. bicaclarata.
„Die Fledermäuse haben eine riesige Flügelmembran“, bemerkt Caroline, und durch diese Membran verlieren Fledermäuse viel Wasser., Ein Pitcher-Roost, der eine höhere Luftfeuchtigkeit aufrechterhält, kann ein großes Plus für eine Fledermaus sein, die gegen Austrocknung kämpft.
Ungesunde Fledermäuse können auch an Ektoparasiten leiden.
Fledermäuse, die nur in N. hemsleyana lebten, waren völlig frei von Parasiten, im Gegensatz zu Fledermäusen, die Zeit in N. bicalcarata, den anderen Pitcherarten, verbrachten. Im Gegensatz zu N. bicalcarata haben N. hemsleyana-Krüge eine rutschige wachsartige Zone auf ihrer Innenfläche, was es Parasiten erschwert, Eier auf die Pitcherwände zu legen.
Fledermäuse, die lieber in N brüten., hemsleyana waren in einem besseren Gesamtzustand, größer, schwerer und frei von Parasiten.
Warum stören Fledermäuse überhaupt N. bicalcarata?
Dieser minderwertige Krug ist einfach häufiger und eine müde Fledermaus kann nicht immer eine wählerische Fledermaus sein.
Auch andere Faktoren beeinflussen die Entscheidungsfindung der Fledermäuse, wie die Entfernung des Pitchers vom Boden oder die Exposition gegenüber Regen und Sonnenlicht, und die Schöners entdeckten, dass die Fledermäuse, wenn möglich, eine Loyalität für die Umsiedlung in verschiedene N. hemsleyana-Krüge zeigten.,
Die zweite Studie wurde in der Fachzeitschrift Oecologia veröffentlicht, weitere Publikationen folgen in Kürze.
Chemische Kriegsführung
Um die Insekten, die sie fangen, zu verdauen, müssen Krug Pflanzen talentierte Chemiker sein. Sie produzieren Proteine, die Enzyme genannt werden, um ihre Insektenbeute abzubauen.
„Insekten sind wie kleine Panzer“, erklärt Dr. Renner.
Das rüstungsartige Exoskelett eines Insekts besteht aus einem sehr robusten Protein namens Chitin. Chitin hat eine komplizierte Struktur immun gegen die meisten allgemeinen Enzyme.,
Nachdem eine Pflanze ein Insekt in ihrem Krug spürt, produziert sie zuerst Enzyme, die Chitinasen genannt werden. Nur diese Enzyme können den Chitinpanzer des Insekts zerschneiden.
Sobald die Rüstung kompromittiert ist, startet die Pflanze eine zweite Welle von Enzymen. Diese fallen meist in drei Kategorien: Proteasen, die Proteine abbauen, Lipasen, die Fett reduzieren, und Esterasen, die eine Reihe anderer Verbindungen angreifen.
Die Pflanzenenzyme sind hochspezifisch, was Dr. Renner dazu veranlasste, sich zu fragen, wie die Pflanzen solch fortschrittliche Waffen erworben haben.,
„Die meisten von ihnen sehen Enzymen sehr ähnlich, die Pflanzen zur Verteidigung verwenden“, sagt Dr. Renner. „Nicht fleischfressende Pflanzen müssen sich vor allen möglichen Dingen schützen.“
Pflanzen müssen sich oft gegen krankheitserregende Pilze wie Schimmelpilze verteidigen. Die Pilze besitzen stabile Zellwände mit einem bekannten Schlüsselbestandteil: Chitin.
Sowohl Pilze als auch Insekten verwenden Chitin als Teil ihrer Rüstung gegen chemische Waffen.,
Dr. Renners Forschung, die in der Zeitschrift Molecular Biology and Evolution veröffentlicht wurde, zeigt, dass die frühen Vorfahren von Krug-Pflanzen gemeinsame Abwehrproteine kooptiert haben, die Pilze abtöten, um Insektenexoskelette verdauen zu können.
Eine mikrobielle Armee
Aber einige Pitcher-Arten scheinen Mikroben zu gewinnen, um Enzyme für sie herzustellen.
Leonora Bittleston ist Doktorandin an der Harvard University in den USA und studiert sowohl Nepenthes-Krug-Pflanzen in Borneo als auch eine nicht verwandte Krug-Pflanzengattung Sarracenia, die in Harvard Forest, Massachusetts, wächst.,
Genau wie das Innere eines Neugeborenen beginnt jeder Nubile Krug sein Leben völlig frei von Mikroben. Wenn sich der Krug öffnet, driften widerstandsfähige Bakterien, Pilze, Protozoen und sogar Wasserinsekten in die Krug-Flüssigkeit und leben in der gefährlichen Flüssigkeit.
Und ähnlich wie die Mikroben, die im menschlichen Darm leben, helfen die winzigen Lebewesen im Krug dem Wirt, zusätzliche Nährstoffe aus seiner Nahrung aufzunehmen.
Die Sarracenia-Krug-Pflanzen, die im Wald wachsen, können sich ausschließlich auf mikrobielle Mutualisten verlassen, um ihre Insektenplage zu verdauen., Kurz gesagt, sie bringen Bakterien dazu, das Fleisch ihrer Opfer aufzulösen, anstatt es selbst zu tun.
„Bisher gibt es keine Hinweise darauf, dass Sarracenia ihre eigenen Chitinasen bildet“, erklärt Leonora. Pilzhefe und Bakterien bilden jedoch Chitinasen, und Leonoras Forschung legt nahe, dass dies die Mikroben sind, die den größten Einfluss auf die Gesundheit von Sarracenie haben.
Leonora ist einer der ersten Forscher, der die winzigen Gemeinschaften untersucht, die sich in Krug-Pflanzen zusammensetzen., Ihre erste Krug-Pflanzenstudie beschreibt die Methoden, die sie entwickelt hat, um Gemeinschaften in der Krug-Flüssigkeit zu vergleichen, und wird in Austral Ecology veröffentlicht.
Auch wenn tropische Krug Pflanzen Lebensräume mit Rekordraten zerstört werden, Wissenschaftler und Entdecker entdecken neue Krug Pflanzenarten in Borneo und den Philippinen.
“ Vor allem in den Bergregionen, denke ich, gibt es mehrere Arten noch nicht entdeckt, und was sie tun… niemand weiß,“, sagt Caroline Schöner.