捕蠅草怎麼知道有東西在它的捕蟲夾里?

2020-10-18   煎蛋

原標題:捕蠅草怎麼知道有東西在它的捕蟲夾里?

動物吃植物。有些植物也能吃動物。第一種情況沒有人感到費解,但第二種情況卻有許多疑點,即使對科學家而言也是如此。

比如說,食肉性植物究竟如何把握時機,捕捉到獵物的?

捕蠅草(Dionaea muscipula)是世界上最著名和令人著迷的食肉植物之一。無論是蒼蠅,蜘蛛,甲蟲還是螞蚱,如果不慎落入它那兩片貝殼狀葉子中,都有可能成為捕蠅草的午餐。

捕蠅草「貝殼葉片」的閉合響應幾乎總是需要兩個連續的刺激才能喚起。植物內部的感官絨毛需要兩次碰觸感才會讓「嘴」閉合,且兩次接觸必須在30秒內發生。

若第一次和第二次觸碰之間的窗口時間超過30秒,則捕蠅草會「忘記」曾經發生的第一次碰觸。但是,等等,沒有大腦的植物怎麼會有記憶呢?

這是很好的問題,大約30年前,德國研究人員提出捕蠅草閉合葉片是由植物中鈣離子濃度升高觸發的,科學家們那時已接近回答了這些問題:兩次連續的碰觸才能將鈣濃度推高到特定的水平,過了窗口期,鈣離子濃度已然下降,再次觸碰無法超過閾值。

已經過去30年,但我們終於有了實驗證據——在1980年代後期還無法經由實驗證實。

在日本國立基礎生物學研究所(NIBB)發育生物學家長谷部光康(Mitsuyasu Hasebe)領導的研究項目里,研究人員找到了一種可視化植物內部細胞內鈣濃度的方法。

研究人員藉助一種能夠將基因轉移到植物中的農桿菌,設計出了帶有鈣傳感器(一種叫做GCaMP6的蛋白質)的轉基因捕蠅草,當它與鈣結合時會發出綠色螢光。

實際上,轉基因捕蠅草的傳感器絨毛每次感覺到某種東西時,都會變亮。在野外,這一特效無疑會使獵物警惕;不過,在實驗室中,它被證明是檢驗鈣假說的完美技術,我們可以直接用探針刺激絨毛,藉助螢光強度來判斷鈣離子的濃度。

在實驗中,研究人員觀察到,當首次觸到感官絨毛時,它幾乎立即開始發出螢光,然後向外擴散到整個植物的其餘部分,顯示出鈣信號的暫時升高。

德國維爾茨堡大學的資深作者和生物物理學家Rainer Hedrich解釋說:「捕獲細胞的電激發信號,轉化為鈣濃度的增加。如果出現進一步的動作電位,則其鈣值會疊加。」

但是,如果重複刺激的速度不夠快,細胞內鈣離子的濃度就會回落。

捕蠅草:曾經有一隻蒼蠅落在我的捕蠅器里,我沒有珍惜,等到失去時才後悔莫及。好吧,那也許只是討厭的雨滴。嚶嚶嚶,我餓了。

報告見於《自然植物》。

https://www.sciencealert.com/chilling-experiment-pinpoints-the-moment-you-have-a-venus-flytrap-s-full-attention