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- 熱傳感器保護(hù)捕蠅草免受火災(zāi)
- 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)表于 2023/8/29
捕蠅草的感覺毛上有一個(gè)熱傳感器，通過(guò)它，它可以在叢林大火爆發(fā)前對(duì)熱浪做出反應(yīng)。如果溫度迅速超過(guò)37°C的標(biāo)志，鈣依賴性動(dòng)作電位(AP)被觸發(fā)作為警告信號(hào)。如果溫度上升到55°C的閾值，則發(fā)射第二次AP，陷阱關(guān)閉，感覺毛被保護(hù)起來(lái)不被燒傷。資料來(lái)源:黃壽光/德國(guó)維爾茨堡大學(xué)
捕蠅草可以在北卡羅來(lái)納州和南卡羅來(lái)納州營(yíng)養(yǎng)貧乏的沼澤中生存，因?yàn)樗ㄟ^(guò)捕捉和吃昆蟲來(lái)彌補(bǔ)氮、磷酸鹽和礦物質(zhì)的缺乏。它用帶有感應(yīng)毛的捕獸器捕獵。如果昆蟲接觸這些毛發(fā)兩次，陷阱就會(huì)關(guān)閉并消化獵物。
在沼澤的位置，這種食肉植物通常是不可見的，因?yàn)樗浑s草覆蓋。在夏天，草干涸了。然后，它可能會(huì)被北卡羅來(lái)納州頻繁的雷暴所點(diǎn)燃——這對(duì)捕蠅草來(lái)說(shuō)是一種危險(xiǎn)的情況。
植物如何保護(hù)其重要的捕捉器和感覺毛免受火災(zāi)?德國(guó)巴伐利亞州維爾茨堡朱利葉斯-馬克西米利安大學(xué)(JMU)的生物物理學(xué)家Rainer Hedrich教授和shougang Huang博士發(fā)現(xiàn):捕蠅草在感覺毛發(fā)上使用特殊的熱感受器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，研究人員在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上發(fā)表了報(bào)告。
Rainer Hedrich說(shuō):“為了弄清楚捕蠅器在燃燒一層干草時(shí)的行為，我們將帶有開放式捕蠅器的植物從溫室移植到JMU植物園的空地上，并用干草覆蓋它們。”“然后我們?cè)诟刹莸囊欢它c(diǎn)火，用風(fēng)扇迫使它蔓延到另一端�！�
火災(zāi)之后，植物關(guān)閉了所有的捕集器。一些陷阱沒有損壞，另一些似乎被燒毀了。幾天后，所有未損壞的陷阱再次打開并開始工作——它們?cè)谟|摸它們的感應(yīng)毛后啪地一聲。
“直到最近，我們才闡明了受傷后陷阱關(guān)閉過(guò)程中的刺激-反應(yīng)鏈。現(xiàn)在的問(wèn)題是，陷阱是否已經(jīng)在火災(zāi)發(fā)生前對(duì)熱浪做出了反應(yīng)，”海德里希說(shuō)。
JMU的研究人員的假設(shè)是正確的:一個(gè)熱鼓風(fēng)機(jī)直接對(duì)著捕集器就足以使捕集器關(guān)閉。接下來(lái)，科學(xué)家們?cè)谑芸氐膶?shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了熱實(shí)驗(yàn)。
捕蠅草的捕捉器官由兩片葉子組成。黃壽光博士將捕集器的一半外部與珀?duì)柕侔Ｔ佑|，利用這個(gè)電熱換能器，他能夠通過(guò)控制電流供應(yīng)，選擇性地在捕集器上設(shè)置不同的溫度。
他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葉子的局部溫度超過(guò)37°C時(shí)，捕集器的受熱區(qū)域會(huì)產(chǎn)生電脈沖，這種動(dòng)作電位會(huì)傳播到捕集器的兩邊�！爱�(dāng)溫度進(jìn)一步升高到55°C時(shí)，第二個(gè)動(dòng)作電位被觸發(fā)，陷阱被關(guān)閉，”壽光說(shuō)。
但陷阱在37°C和55°C下的反應(yīng)只有在溫度突然升高時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，就像在快速熱浪中一樣。如果溫度只是緩慢上升，比如在炎熱的夏天，陷阱就不會(huì)起作用。
“與人類不同，食肉植物的熱傳感器在體溫超過(guò)時(shí)不會(huì)跳動(dòng)，但它會(huì)對(duì)溫度變化的速度做出反應(yīng)，”海德里希說(shuō)。
通過(guò)測(cè)量其表面的溫度上升并在幾分之一秒內(nèi)關(guān)閉捕蠅器，捕蠅器的感應(yīng)毛可以免受燒傷。潮濕的沼澤地進(jìn)一步保護(hù)它們免受過(guò)熱和燒傷。這使它能夠在火災(zāi)后繼續(xù)尋找動(dòng)物食物。
陷阱的每一半都有三根感覺毛，它們對(duì)觸摸非常敏感，并產(chǎn)生動(dòng)作電位。動(dòng)作電位在毛發(fā)的基部產(chǎn)生。在那里，通過(guò)觸摸激活的離子通道允許鈣流入細(xì)胞。這個(gè)鈣離子信號(hào)是動(dòng)作電位的觸發(fā)器，同時(shí)也是動(dòng)作電位的組成部分。熱跳躍在感覺毛中引起與觸覺相同的依賴鈣的電事件。
“為了追蹤鈣信號(hào)，我們使用了帶有基因編碼鈣傳感器的捕蠅器，”Hedrich說(shuō)。當(dāng)細(xì)胞鈣含量增加時(shí)，這個(gè)傳感器開始發(fā)出熒光。他說(shuō):“我們非常驚訝，當(dāng)加熱時(shí)，一根感應(yīng)毛首先發(fā)光�！薄斑@表明毛發(fā)同時(shí)具有觸覺和熱傳感器的功能，”海德里�？偨Y(jié)道
研究人員說(shuō):“目前，我們正在研究一種假設(shè)，即鈣通道是熱傳感器的一個(gè)組成部分，甚至是傳感器本身�！比绻@是真的，那么一種在植物中完全未知的膜結(jié)合溫度傳感器就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。
到目前為止，研究人員知道鈣通道來(lái)自所謂的OSCA家族，它可以被機(jī)械地和滲透地激活�！霸谖磥�(lái)，我們想測(cè)試捕蠅草的感覺毛發(fā)中是否也有osca，這些毛發(fā)是由熱能供應(yīng)打開的，以及它們的哪些蛋白質(zhì)區(qū)域?qū)αW(xué)有反應(yīng)，哪些對(duì)熱有反應(yīng)。”
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