The unlucky insect stuck on the round-leaved sundew plant is a common
sight across northern europe and north America
but nitrogen pollution could mean you see it less often in the future.
Scientists
studying carnivorous sundew plants in Swedish bogs found that nitrogen
deposition from rain reduced how many insects the plants trapped.
Pollution
from transport and industry causes nitrogen-rich rain, meaning more reaches the
ground in some areas.
“If
there’s plenty of nitrogen available to their roots, they don’t eat as much”
says Dr Jonathan Millett.
Dr
Millett from Loughborough University led the study, which was funded by
the National Environment Research council (NERC) and is
being published in the NewPhytologist journal.
The
findings are based on tests on the round-leaved sundew plant, Drosera rotundifolia. By measuring the
amount of nitrogen of insect origin and comparing it to the amount taken up by
the plant’s roots, scientists could examine the proportions of each taken by
plants in different locations.
They
found that plants living in lightly polluted areas got 57% of their nitrogen
from their prey. In more heavily polluted areas that figure dropped to between
20% and 30%.
“Basically,
it’s like adding more fertiliser,” said Dr Millett.
“For an
individual sundew it looks like its better. They’re bigger and they’ll probably
be fitter and do better, but the problem is that they have to divert resources
into being carnivorous.”
Carnivorous
plants actually benefit from nutrient-poor environments, because they have less
competition from other plants.
Their
animal-digesting abilities seem to have evolved as a way to survive in these
habitats, and the plants need a great deal of energy to “run” the complicated
traps they use to capture and digest their prey.
If
other plants move in as nitrogen levels in the soil increase, these predatory
mechanisms could prove more of a hindrance than a help.
“When
there’s more nitrogen available… the non-carnivorous plants can ‘out-compete’
them,” says Millett.
“You
might get some local extinctions at very high levels of nitrogen deposition.”
Sensitive
carnivores
The
outlook for the future of carnivorous plants, more generally, seems bleak,
although they are not as thoroughly researched as other, easier-to-study plant
groups.
“People
kind of suspected that carnivorous plants would be susceptible to pollution,
because they tend to be quite sensitive to changes in their environment,” says
Dr David Jennings from the University
of Maryland
“They
don’t really have very well-developed root systems, so any changes there can
cause a lot of harm,” he says.
The
majority of carnivorous plant species assessed by the International Union for the Conservation of Nature (IUCN) are
listed as threatened.
Although
this IUCN figure is based on only 17% of carnivorous plant species, it is a
concerning sign, says Dr Jennings. He is concerned both by the known threats to
these plants and by the gaps in our knowledge.
For
example, we know that Venus flytraps are under threat in the US
“But
it’s [relatively easy] to keep track of them, or set aside land in national
parks where they can be more protected.”
But, he
says, so little is know about some species, that it is difficult to work out
how to protect them.
The
researcher says that Nepenthes plants are of particular concern.
These are more commonly known as pitcher plants, because of the structure they
use to catch prey. They rely on nutrients from insects, which they catch in a
large cup full of fluid, from which the animal cannot escape.
The
“rim” of the cup or peristome is often colourful, it is thought, to catch the
eye of passing bugs. Its waxy surface makes it difficult for prey to clamber
out.
Above
this deadly cup looms an innocent-looking lid, which has just been found to
play a key part in prey capture.
“[Nepenthes plants
tick] the boxes for a lot of those major threats,” says Dr Jennings.
“They’re
desirable for collectors and poachers; they’re often among the most highly
endemic, and they face other threats from habitat modification and habitat
loss.”
As we
face the threat of losing some of these plants forever, experts say there are
still many discoveries to be made.
The
latest of these reveals how the lid of the Nepenthes gracilis pitcher plant can
act like a catapult – launching prey to their doom.
Dr
Ulrike Bauer is a carnivorous plants expert at Cambridge University and lead
author of a report on the plants, which is published in the Public Library of Sciences (PLoS) ONE journal.
“It all
started with the observation of a beetle seeking shelter under a Nepenthes gracilis lid during a
tropical rainstorm,” she says.
“Instead
of finding a safe – and dry – place to rest, the beetle ended up in the pitcher
fluid, captured by the plant.”
The
scientists found that, in dry conditions, insects can walk on the underside of
the leaf. But in the rain, any insects sheltering there will be catapulted into
the digestive fluid of the pitcher plant by the movement of the lid.
This
capture process is assisted by special wax crystals on the lower lid surface,
which provide enough grip for the insects to wander onto the underside of the
leaf but not enough for them to hold on when a raindrop strikes the top.
The
scientists filmed their experiments on a high speed camera.
How a
plant uses rain to catch insects
Dr
Bauer is curious about what other surprises these plants may have in store.
“I
seriously think what we know today is only the tip of the iceberg” she tells
BBC Nature.
And,
she adds, pitcher plants make great models for other fields of study.
“There
are three families of completely unrelated yet functionally amazingly similar
pitcher plants: Nepenthaceae, Sarraceniaceae and Cephalotaceae,” she explains.
“They
are about as related to each other as we are to flatworms, and yet their traps
bear astonishing resemblance; a perfect system to study the drivers of
convergent evolution.”
But the
scientist fears that we may never get the chance to learn everything that we
could from these plants.
“Nepenthes are
not only threatened by habitat loss, but also by over-collection and climate
change” she says.
“Some
of the less accessible species with very local distribution might well be gone
before science even takes note of their existence, let alone studying their
secrets.”
.
Resenha especial - por Victor Rossetti
As plantas carnívoras não se
alimentam de moscas e insetos ao contrário do que pensa a maioria das pessoas.
Quem conhece ou já criou tais plantas sabe que o inseto aprisionado não é
digerido. As plantas carnívoras são como qualquer outro vegetal, são seres
autótrofos. Sua folha modificada é resultado de adaptações sucessivas em
diferentes grupos de plantas magnóliofitas.
As plantas carnívoras na digerem
os insetos e não se alimentam deles. Elas simplesmente foram contempladas pela
evolução com um mecanismo adaptativo diante de uma condição ambiental,
ecológica, específica, viver em ambientes pantanosos onde a água lava os
nutrientes do solo e o pH é ácido.
Recentemente visitei um
fragmento de Mata Atlântica que se sobrepõem sobre uma fitofisionomia de
cerradinho e cerradão aqui mesmo em São Paulo. Ao aproximar de uma região úmida
que minava água tive a oportunidade de encontrar uma comunidade de droseras
vivendo naturalmente. O solo característico de Cerrado, de pH baixo e com um
solo lavado já que se encontrava no centro de uma bacia hidrográfica.
A captura de insetos é uma
estratégia de complemento a demanda de nutriente que ela precisa e não absorve
em um ambiente constantemente lavado pela água, em especial do nutriente
nitrogênio.
De fato, as plantas carnívoras
liberam enzimas que atuam como papel de digestoras, mas os insetos aprisionados
são decompostos pela ação de fungos e bactérias. A planta só tem o trabalho de
absorver o nitrogênio.
Por essa razão as plantas
carnívoras se beneficiam na arte de sobreviver em relação as outras plantas,
pois eliminaram a concorrência ao viverem em um ambiente pobre em nutrientes.
Os cientistas que estudam as
plantas carnívoras como a Drosera em pântanos suecos descobriram que a
deposição de nitrogênio da chuva reduziu o número de insetos aprisionados pelas
plantas. Isso quer dizer que o regime de chuvas esta proporcionando uma demanda
muito grande de nitrogênio e a captura de insetos tem diminuído
significativamente.
O nitrogênio esta atuando como
um poluente. Poluente pode ser definido como qualquer substância, seja ela
toxica ou não, mas que em grandes quantidades ou durante muito tempo pode
alterar o pleno desenvolvimento de um ecossistema. Isso quer dizer que poluente
não se restringe a substâncias emitidas por atividade de petroleiras ou pela
queima de combustível. A amplitude do conceito pode abranger a sonoridade como
um poluente, ou o calor da cidade e sua energia disponível em excesso.
No caso da Suécia a poluição é
causada pelos transportes e atividade industrial que provoca um regime de
chuvas rico em nitrogênio.
Os resultados são baseados em
testes feitos com a planta Drosera rotundifolia. Ao medir a quantidade de
nitrogênio de origem do inseto e comparando-a com o montante aplicado pelas
raízes da planta os cientistas puderam calcular as proporções de nitrogênio
vindas dessas duas fontes.
Descobriu-se que as plantas que
vivem em áreas com menor concentração de poluição tem 57% de seu nitrogênio de
origem animal, ou seja, de suas presas. Em áreas mais fortemente poluídas esse
número caiu para cerca de 20% e 30%. A chuva nitrogenada tem agido literalmente
como um fertilizante.
Não se sabe se esse efeito
poluente sobre as plantas carnívoras serão preocupantes a longo prazo embora
grande parte desse grupo já se encontra na posição de ameaças de extinção.
Pouco se sabe a respeito do
estado de conservação e da biologia (inclusive a evolução) desse grupo de
plantas.
Acredita-se que as plantas
carnívoras sejam suscetíveis à poluição, já que suas condições de “ótimo
biológico” são bastante específicas.
Elas não têm o sistema radicular
muito bem desenvolvido, portanto qualquer alteração pode causar muitos danos a
sua biologia.
A maioria das espécies de
plantas carnívoras avaliados pela União Internacional para a Conservação da
Natureza (IUCN) estão listadas como ameaçadas. Apesar de este número a IUCN se
baseia em apenas 17% das espécies de plantas carnívoras, é um sinal
preocupante. Sabe-se que a espécie Dioneae muscipula esta
sob a ameaça nos EUA por exemplo.
As plantas do grupo das
Nepenthes, popularmente chamadas de copo-de-macaco são uma preocupação
especial. Elas têm uma forte dependência de nutrientes provenientes dos
insetos, que travam dentro de sua folha em formato de copo que é cheio de um
fluído enzimático.
A borda do copo (perístoma) é
muitas vezes colorida, chamando a atenção de insetos, especialmente formigas e
besouros. Existem espécies que refletem luz ultravioleta e luz polarizada só
visível aos insetos. Assim sendo, a folha armadilha pode simular uma colorida
flor, para atrair insetos. A superfície interna do copo torna difícil para as
vítimas escalar para fora.
Acima do copo há uma tampa que
desempenha um papel fundamental na captura de insetos. Os principais problemas
ambientais que essas plantas passam hoje é a perda de habitat, a poluição que
como vimos pode ser muito mais do que o mero exemplo dos gases do efeito estufa
e os colecionadores e caçadores que muitas vezes compram espécies endêmica.
Uma nova espécie foi descoberta recentemente. A Nepenthes gracilis tem uma conformação foliar peculiar
que funciona como um tobogã lançando a presa para dentro do copo. A descoberta
foi feita ao observar um besouro que buscava abrigo em uma Nepenthes gracilis durante uma tempestade.
Os cientistas descobriram que,
em condições secas, insetos podem andar sobre o lado inferior da folha. Mas na
chuva, os insetos acabam lançados para o fluido digestivo da planta pelo
movimento em forma de tampa.
Isso acontece porque a
superfície inferior da folha produz uma cera cristalizada que oferece aderência
para que os insetos possam caminhar, mas não o suficiente para que se mantenha
quando uma gota de chuva cai, formando assim um tobogã perfeito.
A mais popular das plantas
carnívoras, a Dionaea muscipula tem um sistema de ratoeira em sua
folha modificada. A folha é composta de duas partes, na porção interna possui
três pêlos eretos que ao serem tocados simultaneamente fecham a armadilha. Ao
tocar os pêlos ocorre uma diferença de pressão osmótica, toda pressão sobe
desde as raízes e força a folha se fechar, prendendo o animal. Posteriormente a
planta libera as enzimas de decomposição.
Sob o ponto de vista evolutivo,
estudos realizados em fósseis mostram que as plantas carnívoras surgiram
aproximadamente a cerca de 60 milhões de anos. Durante sua evolução
desenvolveram mecanismos de atração, captura e execução de suas presas.
A evolução dos diferentes
gêneros ocorreu de maneira independente, isto é, em períodos e locais
distintos. Isto permitiu a exploração de diferentes tipos de ambientes, alguns
deles em condições desfavoráveis.
Há três famílias de plantas
carnívoras que são funcionalmente semelhantes; Nepenthaceae, Sarraceniaceae e
Cephalotaceae, mas o relacionamento evolutivo delas ainda não é claro. Suas
armadilhas parecem ter se desenvolvido convergentemente.
Há mais de 500 diferentes
espécies dessas plantas, com preferências alimentares variando
de insetos e aranhas a pequenos organismos aquáticos de uma
ou duas células.
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