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热传感器保护捕蝇草免受火灾
来源:互联网 发表于 2023/8/29

捕蝇草的感觉毛上有一个热传感器,通过它,它可以在丛林大火爆发前对热浪做出反应。如果温度迅速超过37°c的标志,钙依赖性动作电位(ap)被触发作为警告信号。如果温度上升到55°c的阈值,则发射第二次ap,陷阱关闭,感觉毛被保护起来不被烧伤。资料来源:黄寿光/德国维尔茨堡大学


捕蝇草可以在北卡罗来纳州和南卡罗来纳州营养贫乏的沼泽中生存,因为它通过捕捉和吃昆虫来弥补氮、磷酸盐和矿物质的缺乏。它用带有感应毛的捕兽器捕猎。如果昆虫接触这些毛发两次,陷阱就会关闭并消化猎物。


在沼泽的位置,这种食肉植物通常是不可见的,因为它被杂草覆盖。在夏天,草干涸了。然后,它可能会被北卡罗来纳州频繁的雷暴所点燃——这对捕蝇草来说是一种危险的情况。


植物如何保护其重要的捕捉器和感觉毛免受火灾?德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学(jmu)的生物物理学家rainer hedrich教授和shougang huang博士发现:捕蝇草在感觉毛发上使用特殊的热感受器来实现这一目的,研究人员在《当代生物学》杂志上发表了报告。


rainer hedrich说:“为了弄清楚捕蝇器在燃烧一层干草时的行为,我们将带有开放式捕蝇器的植物从温室移植到jmu植物园的空地上,并用干草覆盖它们。”“然后我们在干草的一端点火,用风扇迫使它蔓延到另一端。”


火灾之后,植物关闭了所有的捕集器。一些陷阱没有损坏,另一些似乎被烧毁了。几天后,所有未损坏的陷阱再次打开并开始工作——它们在触摸它们的感应毛后啪地一声。


“直到最近,我们才阐明了受伤后陷阱关闭过程中的刺激-反应链。现在的问题是,陷阱是否已经在火灾发生前对热浪做出了反应,”海德里希说。


jmu的研究人员的假设是正确的:一个热鼓风机直接对着捕集器就足以使捕集器关闭。接下来,科学家们在受控的实验室条件下进行了热实验。


捕蝇草的捕捉器官由两片叶子组成。黄寿光博士将捕集器的一半外部与珀尔蒂埃元件接触,利用这个电热换能器,他能够通过控制电流供应,选择性地在捕集器上设置不同的温度。


他发现,当叶子的局部温度超过37°c时,捕集器的受热区域会产生电脉冲,这种动作电位会传播到捕集器的两边。“当温度进一步升高到55°c时,第二个动作电位被触发,陷阱被关闭,”寿光说。


但陷阱在37°c和55°c下的反应只有在温度突然升高时才会启动,就像在快速热浪中一样。如果温度只是缓慢上升,比如在炎热的夏天,陷阱就不会起作用。


“与人类不同,食肉植物的热传感器在体温超过时不会跳动,但它会对温度变化的速度做出反应,”海德里希说。


通过测量其表面的温度上升并在几分之一秒内关闭捕蝇器,捕蝇器的感应毛可以免受烧伤。潮湿的沼泽地进一步保护它们免受过热和烧伤。这使它能够在火灾后继续寻找动物食物。


陷阱的每一半都有三根感觉毛,它们对触摸非常敏感,并产生动作电位。动作电位在毛发的基部产生。在那里,通过触摸激活的离子通道允许钙流入细胞。这个钙离子信号是动作电位的触发器,同时也是动作电位的组成部分。热跳跃在感觉毛中引起与触觉相同的依赖钙的电事件。


“为了追踪钙信号,我们使用了带有基因编码钙传感器的捕蝇器,”hedrich说。当细胞钙含量增加时,这个传感器开始发出荧光。他说:“我们非常惊讶,当加热时,一根感应毛首先发光。”“这表明毛发同时具有触觉和热传感器的功能,”海德里希总结道

研究人员说:“目前,我们正在研究一种假设,即钙通道是热传感器的一个组成部分,甚至是传感器本身。”如果这是真的,那么一种在植物中完全未知的膜结合温度传感器就会被发现。


到目前为止,研究人员知道钙通道来自所谓的osca家族,它可以被机械地和渗透地激活。“在未来,我们想测试捕蝇草的感觉毛发中是否也有osca,这些毛发是由热能供应打开的,以及它们的哪些蛋白质区域对力学有反应,哪些对热有反应。”


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