捕虫サボテンは、昆虫を蜜の香りで誘い、葉の閉じる動作で捕食する自然界の驚くべき捕食者である。

数十年にわたる謎が解明

今や、科学者たちはこの肉食植物が驚く速さで反応するメカニズムを明らかにし、チャールズ・ダーウィンをはじめとする研究者たちが悩まされた問題を解決した。

細胞の柔軟化が閉じ動作を引き起こす

複雑な一連の実験を通じて、科学者たちは、非常に敏感な検出が葉の外側表面の細胞を柔らかくさせることで、昆虫が葉に着地した1秒以内に閉じ動作が起こることを発見した。

フランス国立科学研究機構（CNRS）およびアイゼン＝マール大学の物理学者で、研究の責任者であるヨエル・フォルテール博士は、「ダーウィンがこれらの植物がこんなに速く動くのを見て、植物の内部に筋肉があると確信していた。しかし、植物には筋肉も神経もない。100年以上にわたって多くの仮説が出てきた。植物の細胞壁がそのような機械的性質をこれほど速く調整できるというのは非常に驚くべきことだ」と語った。

フォルテール博士によると、この非常に繊細で速く動くシステムの物理的測定を取ることが大きな課題だった。「一旦刺激を与えれば、すぐに閉じてしまう。水滴で誤って閉じても、翌日に再び開く。昆虫を捕らえれば、数週間かけて消化し、骨格を分解しなければならない」と述べた。

最新技術を用いた研究

フォルテール博士とそのチームは、デンタルグルーを使って植物の葉を慎重に固定し、閉じ動作を引き起こすが動きを止められるようにした。捕虫サボテンの捕獲葉の各葉には通常3本のトリガーヘアがあり、以前の研究では、これらの毛を曲げると電気信号が0.1秒以内に捕獲葉の両側に広がることが分かっていた。

最新の研究では、ナノインデンターという金属の先端を用いて葉の外側表面を突く装置を使って圧力を測定した。「これは、指で風船を突くときの硬さの感覚に似ている」とフォルテール博士は語った。

これにより、捕獲が開始されると直ちに葉の外側表面が柔らかくなることが分かった。葉の形状を測定した結果、これは細胞が柔軟になったためであり、葉内の水分移動による膨張や収縮によるものではないことが判明した。これは、ドーム状のゴム製のポッパーおもちゃが表面に置かれたときに自動的に反転する仕組みと似ている。

「このような細胞の機械的性質の非常に速い変化を持つ植物は、他に知られていない」とフォルテール博士は語った。

フォルテール博士は、かつての同僚が研究室に捕虫サボテンを持ち込んだことから、その力学に興味を持ち始めた。「物理学者として、モーターと力について理解すべきだと考えた。20年間、この問題に取り組んできた」と述べた。

続けて、「植物は驚くべき存在だ。植物が周囲を感知し、情報を伝達し、反応し、防御し、食物を得ていることを認識させる」と語った。

この研究成果は、米科学誌サイエンスに掲載された。