La maggior parte delle piante brocca divorano insetti, e l’evoluzione ha modellato le tre parti di una brocca per ogni eseguire un compito preciso che assicura la scomparsa di un insetto.
Nella parte superiore della brocca c’è un coperchio chiamato opercolo. Il coperchio tiene fuori l’acqua piovana che altrimenti diluirebbe i succhi digestivi.
Il bordo scivoloso della brocca è noto come peristoma.,
La brocca specie di Nepenthes rajah del Borneo è grande abbastanza per annegare un ratto
“ha un sacco di groove e una microstruttura che la rende così gli insetti non può allegare ad esso che bene”, spiega il Dr. Tanya Renner, che ha studiato le sarracenie per il suo Dottorato di ricerca, e continueranno ad esplorare il loro professore all’Università Statale di San Diego, all’inizio di agosto del 2015. Attualmente è una studentessa post-dottorato presso l’Università dell’Arizona.
Il cerchio è molto “bagnabile”, aggiunge., In altre parole, ” quando l’acqua lo tocca, lo rende molto scivoloso.”
Una volta che un insetto scivola nella vasca del lanciatore, l’interno del lanciatore è estremamente ceroso. ” È come pattinare sul ghiaccio su una superficie fogliare”, dice, e gli insetti non possono ottenere alcuna trazione per strisciare fuori.
Anche gli insetti volanti raramente scappano. Se un insetto non annega immediatamente, gli zuccheri e i succhi digestivi conferiscono al liquido un’appiccicosità che rende molto difficile volare con le ali bagnate.
L’addestramento del toporagno
Ma una specie di pianta tropicale, Nepenthes lowii, tende ad essere curiosamente carente di insetti.,
Invece, le brocche di questa pianta si riempiono di feci da una preda molto più grande: Tupaia montana, il toporagno montano.
Per vedere se le piante di brocca avevano sviluppato una relazione reciprocamente vantaggiosa con il toporagno, nel 2009 un team di scienziati guidato dal dr Jonathan Moran della Royal Roads University in Canada, si è recato nella foresta pluviale montana della Malesia dove cresce N. lowii.
Una singola pianta di N. lowii ha due tipi di brocche: brocche terrestri lungo il terreno e brocche aeree tenute in aria.,
I toporagni si posano sulla brocca e leccano il succo zuccherino dal suo bordo
Filmando a distanza queste piante durante il giorno, il team ha confermato che solo le brocche terrestri catturano gli insetti. I video hanno mostrato che le brocche aeree sono visitate dal toporagno dell’albero, che mangia il nettare che la pianta produce sul suo bordo.
Mentre il toporagno albero si nutre, spesso defeca nella brocca. Le feci è molto ricco di azoto, e sarebbe estremamente utile per la pianta.,
Per determinare se le piante fossero in grado di incorporare azoto dagli escrementi di toporagno degli alberi, gli scienziati hanno condotto un’analisi isotopica stabile sulle foglie del lanciatore, una tecnica che traccia l’origine di un elemento. Il team ha concluso che le piante N. lowii con brocche aeree derivano il 57-100% del loro azoto da questa cacca di toporagno.
Questo studio ha rivelato il primo mutualismo noto tra una pianta carnivora e un mammifero. La scoperta ha suscitato un improvviso interesse scientifico per le piante giganti che mangiano carne.,
Ad esempio, la specie Nepenthes rajah del Borneo è abbastanza grande da annegare un ratto.
Proprio come l’interno di un neonato, ogni nubile lanciatore inizia la sua vita completamente privo di microbi
Che ha scatenato la speculazione che alcune piante effettivamente ucciso e mangiato la carne di mammiferi.
Nel 2011, una diversa banda di scienziati provenienti da Germania e Malesia diretti a Borneo per monitorare questa pianta lanciatore gigante.
Come lo studio precedente, gli scienziati hanno filmato le piante di brocca per rivelare chi le ha visitate., Ma invece di filmare solo i visitatori notturni, questo gruppo ha diviso il tempo di registrazione tra il giorno e la notte.
Hanno scoperto che, durante il giorno, i toporagni si posano sulla brocca e leccano il succo zuccherino dal bordo della brocca, quindi defecano direttamente in esso.
Dopo il tramonto, il ratto notturno Rattus baluensis si nutre allo stesso modo, scambiando succo dolce con feci ricche di azoto. La stessa specie di pianta lanciatore forma più simbiosi con i mammiferi, separati solo dall’ora del giorno.
Nel corso dello studio di due mesi, solo un mammifero è effettivamente annegato in una pianta di brocca., Le piante brocca probabilmente non hanno intenzione di uccidere i roditori, anche se abbastanza creepily, nonostante la presenza del cadavere di ratto, altri animali ancora cercato nettare e utilizzato il gabinetto brocca.
Ma il cadavere del ratto avrebbe potuto scoraggiare una creatura diversa: i pipistrelli.
La grotta dei pipistrelli
Nel corso degli anni alcuni scienziati avevano intravisto pipistrelli che dormivano nelle piante tropicali.
Ma fino a quando gli studi shrew albero sono stati pubblicati, la maggior parte degli scienziati assunto i pipistrelli erano semplicemente scrocconi, sfruttando i lanciatori come motel liberi quando non sono riusciti a raggiungere il loro posatoio permanente entro l’alba.,
Ci sono voluti un duo scientifico amante dei pipistrelli, dottorandi Caroline e Michael Schöner, per dimostrare che i pipistrelli sono in realtà fedeli, clienti paganti.
Le piante stanno davvero beneficiando dei pipistrelli
Il duo viaggiato per le foreste di pianura del Borneo alla ricerca della pianta lanciatore Nepenthes hemsleyana. Questa specie era stata osservata ospitando pipistrelli lanosi (Kerivoula hardwickii hardwickii), e alcuni indizi hanno lasciato intendere che le piante si erano evolute per invogliare gli inquilini dei pipistrelli.
N., hemsleyana è fino a sette volte peggio a catturare gli insetti rispetto al suo cugino stretto, N. rafflesiana e N. hemsleyana brocche sono fino a quattro volte più a lungo, troppo. Questa maggiore lunghezza consentirebbe a un pipistrello allampanato di adattarsi molto più comodamente.
Una volta che gli Schöner sapevano quali tipi di lanciatore cercare, i pipistrelli erano facili da trovare. In sole sei settimane, il team ha trovato 32 diversi pipistrelli lanosi appollaiati in brocche. Il pipistrello lanoso è l’unica specie di pipistrello che hanno trovato appollaiato nelle brocche.,
Michael e Caroline poi collocato inseguitori su 17 dei pipistrelli, per quantificare quanto i pipistrelli utilizzano le piante lanciatore come posatoi diurni.
Ciò che hanno trovato è stato sorprendente: i pipistrelli lanosi usano esclusivamente brocche N. hemsleyana come posatoi diurni. Anche se la foresta contiene molte altre opzioni bat-motel, come foglie avvolte o alberi cavi, per il pipistrello lanoso, piante brocca sono a casa.
I pipistrelli sono buone casalinghe, troppo. “L’analisi isotopica stabile ha mostrato che le piante stanno davvero beneficiando dei pipistrelli”, dice Caroline. N., hemsleyana raccoglie circa un terzo dell’azoto nelle sue foglie dalle feci di pipistrello lanoso. Lo studio è stato pubblicato su Biology Letters.
Questo tipo di mutualismo è molto raro.
Quando le piante e gli animali di solito collaborano, le piante forniscono cibo in cambio di servizi. Le piante potrebbero fornire nettare nutriente o frutta, per esempio, e in cambio gli animali visitano le piante per nutrirsi, distribuendo polline o semi quando se ne vanno.,
Con le piante di brocca, i ruoli sono invertiti: la pianta riceve azoto nutriente e l’animale riceve servizi come la protezione dai predatori e dalle intemperie.
Caroline e Michael Schöner sono supervisionati dal Dr Gerald Kerth dell’Università di Greifswald in Germania e dal Dr T Ulmar Grafe dell’Università del Brunei a Darussalam. Insieme, il gruppo sta lavorando per capire meglio questo mutualismo eccezionale.
Il team ha lanciato un secondo esperimento di monitoraggio che è stato molto più lungo e ha esplorato più siti sul campo in tutto il Borneo., Questa ricerca ha rivelato i pipistrelli anche a volte posano in una seconda specie Nepenthes, N. bicalcarata.
Dopo che una pianta percepisce un insetto nella sua brocca produce enzimi
I pipistrelli hanno le loro ragioni per preferire posarsi in N. hemsleyana, il team ha scoperto. Le brocche di N. hemsleyana creano un microclima migliore per i pipistrelli, mantenendo un’umidità più stabile e più elevata rispetto alle brocche di N. bicaclarata.
“I pipistrelli hanno un’enorme membrana alare”, osserva Caroline, ed è attraverso questa membrana che i pipistrelli perdono molta della loro acqua., Un posatoio brocca che mantiene una maggiore umidità può essere un vantaggio enorme per un pipistrello combattendo disidratazione.
I pipistrelli malsani possono anche soffrire di ectoparassiti.
I pipistrelli che si posavano solo in N. hemsleyana erano completamente privi di parassiti, a differenza dei pipistrelli che passavano il tempo in N. bicalcarata, l’altra specie di lanciatore. A differenza di N. bicalcarata, i lanciatori di N. hemsleyana hanno una zona cerosa scivolosa sulla loro superficie interna, che rende difficile per i parassiti deporre le uova sulle pareti della brocca.
Pipistrelli che hanno preferito posarsi in N., hemsleyana erano in migliori condizioni generali, essendo più grande, più pesante, e privo di parassiti.
Quindi, perché i pipistrelli si preoccupano di N. bicalcarata?
Questo posatoio lanciatore inferiore è semplicemente più comune e un pipistrello stanco non può essere sempre un pipistrello esigente.
Anche altri fattori influenzano il processo decisionale delle bat, come la distanza del lanciatore dal terreno o l’esposizione alla pioggia e alla luce solare e gli Schöner scoprirono allora quando possibile, i pipistrelli dimostrarono una lealtà per il reinsediamento in diversi lanciatori di N. hemsleyana.,
Il secondo studio è stato pubblicato sulla rivista Oecologia, e altre pubblicazioni sono presto a seguire.
Guerra chimica
Per digerire gli insetti che intrappolano, le piante brocca devono essere chimici di talento. Producono proteine chiamate enzimi per abbattere le loro prede di insetti.
“Gli insetti sono come piccoli serbatoi”, spiega il dottor Renner.
L’esoscheletro simile a un’armatura di un insetto è costituito da una proteina molto robusta chiamata chitina. La chitina ha una struttura complicata immune alla maggior parte degli enzimi generali.,
Dopo che una pianta percepisce un insetto nella sua brocca, produce prima enzimi chiamati chitinasi. Solo questi enzimi possono tagliare una fessura nell’armatura chitina dell’insetto.
Una volta che l’armatura è stata compromessa, la pianta lancia una seconda ondata di enzimi. Questi rientrano principalmente in tre categorie: proteasi che abbattono le proteine, lipasi che riducono il grasso e esterasi che attaccano una serie di altri composti.
Gli enzimi vegetali sono altamente specifici, il che ha portato il dottor Renner a chiedersi come le piante abbiano acquisito armi così avanzate.,
“La maggior parte di essi sembra molto simile agli enzimi che le piante usano in difesa”, afferma il dott. “Le piante non carnivore devono proteggersi da ogni sorta di cose.”
Le piante spesso devono difendersi da funghi che causano malattie come le muffe. I funghi possiedono pareti cellulari robuste con un ingrediente chiave familiare: la chitina.
Sia i funghi che gli insetti usano la chitina come parte della loro armatura contro le armi chimiche.,
La ricerca del Dr Renner, pubblicata sulla rivista Molecular Biology and Evolution, mostra i primi antenati delle piante di brocca cooptate proteine di difesa comuni che uccidono i funghi, per essere in grado di digerire gli esoscheletri degli insetti.
Un esercito microbico
Ma alcune specie di lanciatori sembrano arruolare microbi per fabbricare enzimi per loro.
Leonora Bittleston è uno studente di dottorato presso l’Università di Harvard negli Stati Uniti, studiando sia Nepenthes piante lanciatore nel Borneo, e un genere di pianta lanciatore non correlato Sarracenia che cresce nella foresta di Harvard, Massachusetts.,
Proprio come l’interno di un neonato, ogni lanciatore nubile inizia la sua vita completamente privo di microbi. Quando la brocca si apre, batteri resilienti, funghi, protozoi e persino insetti acquatici vanno alla deriva nel liquido della brocca, guadagnandosi da vivere nel liquido pericoloso.
E proprio come i microbi che vivono all’interno dell’intestino umano, le minuscole creature all’interno del liquido della brocca aiutano l’ospite ad assorbire ulteriori nutrienti dal loro cibo.
Le piante brocca Sarracenia che crescono nella foresta di Harvard possono contare esclusivamente su mutualisti microbici per digerire la loro preda insetto., In breve, ottengono batteri per dissolvere la carne delle loro vittime piuttosto che farlo da soli.
” Finora non ci sono prove che Sarracenia faccia le proprie chitinasi”, spiega Leonora. Lievito e batteri fungini producono chitinasi, tuttavia, e la ricerca di Leonora suggerisce che questi sono i microbi che hanno il più grande effetto sulla salute della Sarracenia.
Leonora è uno dei primi ricercatori a studiare le minuscole comunità che si assemblano all’interno delle piante di brocca., Il suo primo studio sulla pianta della brocca descrive i metodi che ha sviluppato per confrontare le comunità all’interno del fluido della brocca ed è stato pubblicato su Austral Ecology.
Anche se gli habitat tropicali delle piante di brocca vengono distrutti a ritmi record, scienziati ed esploratori stanno scoprendo nuove specie di piante di brocca nel Borneo e nelle Filippine.
“Soprattutto nelle zone montuose, penso che ci siano diverse specie non ancora scoperte, e quello che fanno nobody nessuno lo sa”, dice Caroline Schöner.