พืชกินสัตว์

พืชกินสัตว์(อังกฤษ:carnivorous plant) คือพืชที่ได้สารอาหารบางส่วนหรือส่วนใหญ่ (แต่ไม่รวมถึงพลังงาน) จากการดักและบริโภคสัตว์หรือโพรโทซัวซึ่งปรกติได้แก่แมลงและสัตว์ขาปล้องอื่น ๆ โดยเป็นผลจากการปรับตัวให้อยู่รอดในดินที่มีสารอาหารน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจนเช่น ดินที่มีสภาพเป็นกรด หิน ฯลฯศาสตรนิพนธ์อันเลื่องชื่อฉบับแรกซึ่งว่าด้วยพืชชนิดนี้เป็นผลงานของชาลส์ ดาร์วินเมื่อปี ค.ศ. 1875
คาดว่าพืชกินสัตว์นี้ค่อย ๆ พัฒนามาอย่างน้อยสิบลำดับสายสกุลของพืชและในปัจจุบันมีมากกว่าสิบสองสกุลในห้าวงศ์ มีประมาณ 625 ชนิดที่สร้างกับดักและดึงดูดเหยื่อ สร้างเอนไซม์ย่อยอาหารได้ และสามารถดูดซึมสารอาหารได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีมากกว่า 300 ชนิดในหลายสกุลที่มีแค่ลักษณะบางอย่าง
กับดักพื้นฐานห้าแบบที่พบในพืชกินสัตว์
กับดักแบ่งเป็นมีปฏิกิริยาและไม่มีปฏิกิริยาขึ้นกับการเคลื่อนไหวที่ช่วยในการจับเหยื่อ เช่นTriphyophyllumเป็นกับดักแบบกระดาษเหนียวไม่มีปฏิกิริยาด้วยต่อมเมือกไร้ก้าน แต่ใบของมันไม่เติบโต (แตกกิ่ง) หรือเคลื่อนที่เพื่อตอบสนองต่อการจับเหยื่อ ขณะที่หยาดน้ำค้างเป็นกับดักแบบกระดาษเหนียวมีปฏิกิริยา ใบของมันแตกกิ่งอย่างรวดเร็ว ช่วยในการจับและย่อยเหยื่อ
กับดักแบบหลุมพรางมีการวิวัฒนาการมาอย่างน้อยหกรูปแบบที่เป็นอิสระต่อกัน กลุ่มแรกที่ถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างง่ายๆก็คือHeliamphoraในสกุลนี้กรวยหม้อมีใบที่ม้วนเข้าหากันและขอบใบทั้งสองด้านเชื่อมติดกัน พืชสกุลนี้มีถิ่นอาศัยในบริเวณที่มีฝนตกชุกแถมอเมริกาใต้อย่างภูเขาเรอร์ไรมา (Roraima) และเหตุนี้เพื่อเป็นการแน่ใจว่าน้ำจะไม่ไหลล้นออกมากจากหม้อจากการคัดสรรทางธรรมชาติทำให้มันได้วิวัฒนาการให้ขอบด้านบนมีลักษณะคล้ายกับช่องป้องกันน้ำล้นของอ่างล้างจานที่คอยระบายน้ำที่มากเกินออกจากกรวยหม้อ
Heliamphoraเป็นสมาชิกในวงศ์Sarraceniaceaeซึ่งเป็นพืชจากโลกใหม่ อยู่ในอันดับEricalesHeliamphoraมีการกระจายพันธุ์จำกัดอยู่แค่อเมริกาใต้ แต่อีกสองสกุลที่เหลือคือSarraceniaและDarlingtoniaซึ่งเป็นพืชถิ่นเดียวในทางตอนใต้ของอเมริกา (ยกเว้นหนึ่งชนิด) และรัฐแคลิฟอร์เนียตามลำดับ ส่วนS. purpureasubsp.purpureaมีการกระจายพันธุ์กว้างมากนั้น พบได้ไกลถึงประเทศแคนาดา
โดยทั่วไปพืชในสกุลSarraceniaมีการแข่งขันในการอยู่รอดสูง เพราะเมื่อเปรียบเทียบกับสกุลอื่นแล้ว มันทรหดและเติบโตได้ง่ายมาก
ในสกุลSarraceniaนั้น ปัญหาน้ำล้นถูกแก้ไขโดยฝาปิดซึ่งเป็นใบเล็กๆที่แผ่ออกอยู่ด้านบน ปกคลุมส่วนกรวยใบไม้และปกป้องมันจากน้ำฝน อาจเป็นเพราะมีระบบป้องกันน้ำที่ปรับปรุงขึ้นแบบนี้ ทำให้Sarraceniaมีเอนไซม์อย่างเช่น โพรเทส (protease) และ ฟอสฟาเทส์ (phosphatase) ในของเหลวที่ใช้ย่อยอาหารในส่วนล่างของกรวย (Heliamphoraมีเพียงแบคทีเรียในการย่อยอาหารเท่านั้น) เอนไซม์ได้ย่อยโปรตีนและกรดนิวคลีอิกในเหยื่อ ได้กรดอะมิโนและไอออนฟอสเฟตออกมา ซึ่งต้นไม้จะดูดซึมไปใช้ ในชนิดSarracenia flavaนั้น น้ำหวานจะเจือด้วยโคนิอีนและแอลคาลอยด์ (alkaloid) เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของกับดักโดยการทำให้เหยื่อมึนเมา
Darlingtonia californicaมีความสามารถในการปรับตัวอย่างที่พบในSarracenia psittacinaและในSarracenia minorในฝาปิดที่คล้ายกับบอลลูนที่เชื่อมติดกับกรวย ในส่วนที่โป่งพองคล้ายบอลลูนนั้นมีรูเล็กๆที่เปิดสู่ภายนอก มีกระที่ไม่มีคลอโรฟิลล์ที่แสงสามารถลอดผ่านได้ แมลงซึ่งส่วนมากเป็นมดจะเข้าสู่ภายในโดยผ่านทางรูเล็กๆนั้นที่อยู่ภายใต้บอลลูน เมื่อเข้าไปสู่ภายในพวกมดจะพยายามหาทางออกสู่ภายนอกจากทางออกปลอม (กระสีซีด) จนในที่สุดมันก็ตกลงไปในกรวย แมลงจะเข้าไปในกับดักได้มากขึ้นด้วยใบที่คล้ายกับ "ลิ้นงูหรือหางปลา" ที่ติดอยู่ภายนอกฝาปิด ซึ่งเป็นที่มาของชื่อลิลลี่ งูเห่า
กลุ่มที่สองก็คือพืชในสกุลหม้อข้าวหม้อแกงลิงที่มีร้อยกว่าชนิด หม้อเกิดขึ้นที่ปลายสายดิ่งหรือมือจับซึ่งพัฒนามาจากการยืดออกของเส้นกลางใบ โดยมากเหยื่อของมันคือแมลงแต่บางชนิดที่มีหม้อขนาดใหญ่อย่างN. rajahสามารถดักจับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กและสัตว์เลื้อยคลานได้
Cephalotusfollicularisพืชขนาดเล็กจากทางตะวันตกของประเทศออสเตรเลียมีกับดักคล้ายกับรองเท้าหนังอ่อน ขอบปาก (เพอริสโตม) ของมันเปิดขึ้นอย่างเห็นได้ชัด มีหนามรอบปากเพื่อป้องกันแมลงปีนออกมาจากกับดัก ผนังด้านในปกคลุมไปด้วยแผ่นขี้ผึ้งบางๆซึ่งลื่นมากสำหรับแมลง เหยื่อจะถูกดึงดูดด้วยน้ำหวานที่ซ่อนอยู่ในบริเวณเพอริสโตมและสีสันที่ฉูดฉาดคล้ายดอกไม้อย่างสารแอนโธไซอะนิน (anthocyanin)
พืชกินสัตว์กลุ่มสุดท้ายที่มีกับดักแบบหลุมพรางก็คือสับปะรดสี(bromeliad),Brocchinia reducta, ด้วยลักษณะที่คล้ายสับปะรด ใบที่คล้ายสายหนัง มีขี้ผึ้งฉาบอยู่ที่โคนใบ กระจุกตัวหนาแน่นคล้ายเหยือก ในสับปะรดสีส่วนมาก น้ำที่ขังอยู่ในส่วนที่คล้ายเหยือกนั้นมักเป็นแหล่งอาศัยของกบ, แมลง และ แบคทีเรียตรึงไนโตรเจน (diazotroph) ที่ต้นไม้นำไปใช้ประโยชน์ นอกจากนี้ส่วนที่คล้ายเหยือกนั้นยังเป็นกับดักอีกด้วย
กับดักแบบกระดาษเหนียวนั้นอยู่บนพื้นฐานเมือกเหนียวคล้ายกาว ใบของพืชที่มีกับดักแบบกระดาษเหนียวจะเต็มไปด้วยต่อมเมือกที่มีขนาดสั้นและไม่มีรูปพรรณสัณฐาน เช่น บัตเตอร์เวอร์ต (butterwort) หรือมีขนาดยาวและเปลี่ยนแปลงง่าย เช่นหยาดน้ำค้างกับดักแบบกระดาษเหนียวมีวิวัฒนาการอย่างอิสระอย่างน้อยห้าครั้ง
ในสกุลPinguiculaต่อมเมือกมีขนาดสั้นมาก (ติดฐาน, ไร้ก้าน) ใบเป็นมันเงา (เป็นที่มาของชื่อ 'บัตเตอร์เวอร์ต ') อย่างที่ไม่เคยปรากฏในพืชกินสัตว์ชนิดอื่น เชื่อว่ากับดักของมันสามารถจับแมลงบินได้ขนาดเล็กอย่าง fungus gnat (แมลงขนาดเล็กชนิดหนึ่ง) และพื้นผิวจะตอบสนองกับเหยื่อโดยสัมพันธ์กับการเติบโตที่รวดเร็ว การเติบโตแบบการเคลื่อนไหวของพืชโดยมีสัมผัสเป็นสิ่งเร้านี้ (thigmotropism) อาจเกี่ยวพันกับการม้วนตัวของแผ่นใบ (ป้องกันฝนล้างเอาเหยื่อออกจากผิวใบ) หรือหลุมน้ำย่อยตื้นๆใต้เหยื่อ
ในสกุลหยาดน้ำค้าง (Drosera) ที่มีมากกว่า 100 ชนิด มีต่อมเมือกอยู่ที่ปลายหนวดซึ่งเติบโตเร็วสม่ำเสมอในการตอบสนองเหยื่อแบบการเคลื่อนไหวโดยมีสัมผัสเป็นสิ่งเร้าเพื่อใช้ในการจับเหยื่อ หนวดของD. burmaniiสามารถงอได้ 180° ในหนึ่งนาทีหรือเร็วกว่านั้น หยาดน้ำค้างสามารถพบได้ทั่วโลกในทุกทวีปยกเว้นทวีปแอนตาร์กติกาและพบมากในประเทศออสเตรเลียอย่างเช่นหยาดน้ำค้างเคราะD. pygmaeaและหยาดน้ำค้างหนวดD. peltataที่พักตัวในระหว่างฤดูร้อน หยาดน้ำค้างเหล่านี้ได้รับไนโตรเจนจากแมลงซึ่งทั่วไปแล้วมันขาดเอ็นไซม์ไนเตรทรีดักเตสที่ทำหน้าที่ช่วยดูดซึมไนเตรตจากดิน
ญาติใกล้ชิดของหยาดน้ำค้าง, สนน้ำค้างโปรตุเกส (Drosophyllum) ต่างจากหยาดน้ำค้างที่ไม่เคลื่อนไหว ใบของมันไม่สามารถเคลื่อนไหวหรือเติบโตได้Drosophyllumนั้นเติบโตใกล้กับทะเลทรายต่างจากพืชกินสัตว์ส่วนใหญที่จะเติบโตในหนองบึงหรือพื้นที่เขตร้อนชื้น
เมื่อเร็วๆนี้ ข้อมูลทางโมเลกุล (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสร้างสารพลัมบาจิน (plumbagin)) แสดงว่าTriphyophyllum peltatumซึ่งเป็นสมาชิกในวงศ์Dioncophyllaceaeเป็นญาติใกล้ชิดกับDrosophyllumและเป็นส่วนแบบของเครือบรรพบุรุษขนาดใหญ่ของพืชกินสัตว์และพืชที่ไม่ใช่พืชกินสัตว์ที่ประกอบไปด้วยวงศ์Droseraceae,Nepenthaceae,AncistrocladaceaeและPlumbaginaceaeปกติพืชชนิดนี้เป็นไม้เถาเนื้อแข็ง แต่ขณะที่อายุยังน้อยเป็นพืชกินสัตว์ มันอาจเป็นความเกี่ยวข้องของความต้องการสารอาหารพิเศษเฉพาะเพื่อใช้ในการออกดอก
มีเพียงพืชสองชนิดเท่านั้นที่มีกับดักแบบตะครุบแบบมีปฏิกิริยา นั่นก็คือกาบหอยแครง(Dionaea muscipula) และAldrovanda vesiculosaโดยเชื่อว่าทั้งสองมีบรรพบุรุษร่วมกัน คำว่า"กับดักแบบตะครุบ"นั้นได้มาจากลักษณะที่คล้าย"กับดักหนู"บนพื้นฐานจากรูปร่างและกลไกการทำงาน นอกจากนี้ยังรวมถึงการล่องลวงเหยื่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเด็นการกระทำของเหยื่อAldrovandaซึ่งเป็นพืชน้ำเหยื่อของมันก็คือสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำขนาดเล็ก ส่วนDionaeaเป็นพืชบกเหยื่อของมันก็คือสัตว์ขาปล้องรวมถึงแมงมุมด้วย
กับดักมีลักษณะคล้ายบานพับที่ติดอยู่ทั้งสองข้างของเส้นกลางใบซึ่งเป็นส่วนที่ติดอยู่ปลายใบแบ่งออกเป็น 2 กลีบ ขนกระตุ้น (3 ขนบนแต่ละกลีบของกาบหอยแครง, และมากกว่าในกรณีของAldrovanda) ในกลีบของกับดักจะไวต่อการสัมผัสมาก เมื่อขนกระตุ้นถูกกระทบ (ประตูที่เปิด-ปิดเมื่อได้รับการกระตุ้นในเยื่อเซลล์ของเซลล์ที่ฐานของขนกระตุ้นเปิด) จะสร้างศักย์การเคลื่อนไหวแพร่สู่เซลล์ในเส้นกลางใบเซลล์นั้นจะตอบสนองโดยสูบไอออนออกซึ่งอาจจะทำให้น้ำมีการเดินไปตามทางโดยการออสโมซิส (การยุบลงของเซลล์ในเส้นกลางไป) หรือไม่ก็ทำให้เกิดกรดไปกระตุ้นให้มีการยืดขยายของเซลล์มากขึ้น (acid growth) อย่างรวดเร็วกลไกการทำงานนั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ แต่ในทุกๆกรณีการเปลี่ยนรูปทรงของเซลล์ในเส้นกลางใบปล่อยให้กลีบยึดติดไว้ภายใต้ความตึงนำไปสู่การพับตัวของกับดัก,การดีดอย่างรวดเร็วจากส่วนนูนไปยังส่วนเว้าและขังเหยื่อไว้ข้างใน กระกวนการเหล่านี้กินเวลาไม่ถึงวินาที ในกาบหอยแครงนั้นการตอบสนองต่อน้ำฝนและฝุ่นตะกอนที่ปลิวไปตกภายในถูกป้องกันด้วยใบของมันนั้นมีความทรงจำอย่างง่ายๆสำหรับการหุบกลีบและในการกระตุ้นต้องใช้เวลา 0.5 ถึง 30 วินาที
กับดักในใบจะเป็นกรณีการหุบเพราะสัมผัส (ไม่ใช่การเคลื่อนไหวโดยตรงในการตอบสนองต่อการสัมผัส) นอกจากนี้การกระตุ้นผิวภายในกลีบโดยการสัมผัสของแมลงเป็นเหตุให้กลีบมีการเติบโตแบบการเคลื่อนไหวของพืชโดยมีสัมผัสเป็นสิ่งเร้านี้ (thigmotropism) กลีบจะปิดสนิททำตัวเป็นส่วนที่ใช้ย่อยอาหารไปประมาณ 1 ถึง 2 สัปดาห์ กับดักจะตอบสนองได้ 3 ถึง 4 ครั้งก่อนที่จะไม่ตอบสนองอีกในการกระตุ้น
กับดักแบบถุงเป็นลักษณะพิเศษเฉพาะที่มีอยู่ในสกุลUtriculariaเท่านั้น กับดักแบบถุงจะสูบไอออนออกจากภายในกับดักทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนภายใน กับดักจะมีรูเล็กๆที่มีประตูเปิด-ปิดแบบบานพับ ในพืชชนิดที่อาศัยอยู่ในน้ำประตูนั้นจะมีขนกระตุ้นอยู่ 1 คู่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่อาศัยอยู่ในน้ำ อย่าง หมัดน้ำ (Daphnia) จะสัมผัสโดยขนนั้นและกระตุ้นให้ประตูง้างออกแล้วปล่อยสุญญากาศออกมาจากถุง ทำให้สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังนั้นถูกดูดเข้าไปในถุง ซึ่งเป็นบริเวณที่พืชนั้นใช้ย่อยอาหาร ในพืชหลายๆชนิดในสกุลUtricularia(เช่นU. sandersonii) เป็นพืชที่อาศัยอยู่บนบก เติบโตบนดินที่เต็มไปด้วยน้ำ และกลไกของกับดักถูกกระตุ้นด้วยรูปแบบที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย พืชสกุลUtriculariaไม่มีราก แต่ชนิดที่อาศัยอยู่บนบกมีลำต้นที่ยึดเหนี่ยวทำหน้าที่คล้ายรากUtriculariaชนิดที่อาศัยอยู่ในน้ำในเขตอบอุ่น ทั่วไปจะตายลงหลังแตกยอดพักตัวในระหว่างฤดูหนาว และU. macrorhizaจะมีจำนวนถุงขึ้นอยู่กับอาหารในบริเวณที่มันอาศัย
กับดักแบบหม้อดักกุ้งมังกรเป็นห้องที่เข้าง่ายแต่ออกได้ยากเนื่องจากหาทางออกไม่เจอและหรือมีขนแข็งภายในขัดขวางไว้ กับดักแบบหม้อดักกุ้งมังกรนั้นพบในพืชสกุลGenliseaใบรูปYของมันจะทำให้เหยื่อเข้ามาได้แต่ออกไม่ได้และขนภายในจะบังคับให้เหยื่อมุ่งตรงได้อย่างเดียว ทางเข้าที่เหยื่อเข้ามาจะขดเป็นวงอยู่บนแขนทั้งสองข้างของรูปYและบังคับให้เคลื่อนที่ไปสู่ส่วนที่ใช้ย่อยในแขนล่างของYโดยเหยื่อจะเคลื่อนที่โดยอาศัยการไหลของน้ำซึ่งคล้ายกับส่วนสุญญากาศของกับดักแบบถุง และอาจเป็นไปได้ว่ากับดักทั้งสองชนิดมีการวิวัฒนาการที่เกี่ยวข้องกัน
นอกจากGenliseaลักษณะที่ทำให้นึกถึงกับดักแบบหม้อดักกุ้งมังกรนั้นสามารถพบในSarracenia psittacina,Darlingtonia californica, และNepenthes aristolochioides
ในระบบครอนคิสต์ Droseraceae และ Nepenthaceae ถูกจัดอยู่ในอันดับ Nepenthales บนพื้นฐานของความสมมาตราแบบวงกลมของดอกและการที่มีกับดัก Sarraceniaceae ถูกจัดอยู่ใน Nepenthales หรืออันดับ Sarraceniales อย่างใดอย่างหนึ่ง Byblidaceae, Cephalotaceae, และ Roridulaceae
ถูกจัดอยู่ในอันดับ Saxifragales และ Lentibulariaceae ใน Scrophulariales (ปัจจุบันเป็นหมวดใน Lamiales)
ในการจัดประเภทในสมัยใหม่สว่นมาก เช่นAngiosperm Phylogeny Groupวงศ์ยังคงไว้เช่นเดิม แต่อันดับมีการจัดสรรใหม่ซึ่งแตกต่างจากของเก่าโดยสิ้นเชิง มีการแนะนำว่าDrosophyllumควรมีวงศ์เป็นของตัวเองไม่ควรอยู่ในวงศ์ Droseraceae อาจเป็นญาติใกล้ชิดที่มีลักษณะคล้ายกับ Dioncophyllaceae ซึ่งแสดงดังข้างล่าง: