捕蝇器捕捉猎物时如何“记住”的秘密

科学家们正在继续梳理出捕蝇器能够辨别出何时捕捉到美味的昆虫作为猎物的机制，而不是不能食用的物体(或者只是一种错误的警报)。近日发表在“自然植物”杂志上的一篇论文称，有证据表明，这种肉食性植物拥有类似于短期记忆的东西。日本一组科学家发现，这种记忆的机制在于其叶子中钙浓度的变化。

捕蝇草以令人愉悦的水果香味吸引猎物。当一只昆虫落在叶子上时，它会刺激排列在叶子上的高度敏感的触发毛发。当压力变得足够大，可以弯曲这些毛发时，植物就会把叶子关上，把昆虫困在里面。当植物开始分泌消化液时，长长的纤毛抓住并将昆虫固定在适当的位置，就像手指一样。在5到12天的时间里，昆虫被缓慢消化，之后陷阱重新打开，将干燥的昆虫外壳释放到风中。

早在2016年，一组德国科学家就发现，维纳斯捕蝇器实际上可以数出物体接触其毛茸茸的叶子的次数-这种能力可以帮助这种植物区分猎物的存在和小坚果或石头，甚至是死昆虫。科学家们用不同强度的机电脉冲对测试植物的叶片进行电击，并测量其反应。结果发现，植物检测到第一个动作电位，但不会立即关闭，直到第二次攻击确认存在真正的猎物时，陷阱才会关闭。

但是金星捕蝇器不会一直闭合并产生消化酶来消耗猎物，直到毛发再被触发三次(总共有五次刺激)。德国科学家将这一行为比作进行一项基本的成本效益分析，即触发刺激的数量帮助捕蝇器确定任何在其肚子里挣扎的潜在猎物的大小和营养含量，以及它是否值得付出这样的努力。在这项分析中，触发刺激的数量可以帮助捕蝇器确定任何在它的肚子里挣扎的潜在猎物的大小和营养含量，以及它是否值得付出这样的努力。如果没有，捕捉器将在12小时左右的时间内释放所有捕获的东西。(捕蝇器分辨不能食用的物体和实际猎物的另一种方法是一种特殊的几丁质受体。大多数昆虫都有甲壳素的外骨骼，因此植物会对甲壳素的存在产生更多的消化酶。)。

这意味着，捕蝇器必须有某种短期记忆机制才能发挥作用，因为它必须记住第一次刺激足够长的时间，第二次刺激才会被记录下来。过去的研究已经假设钙离子浓度的变化起到了作用，尽管缺乏任何手段来测量这些浓度，而不损害叶片细胞，这阻碍了科学家检验这一理论。(注：金星捕蝇器必须记住第一次刺激足够长的时间才能记录第二次刺激的时间)，虽然过去的研究假设钙离子浓度的变化起到了一定作用，但由于缺乏任何手段来测量这些浓度，而不会损害叶片细胞，这阻碍了科学家检验这一理论。

这就是这项最新研究的用武之地。日本团队想出了如何引入一种名为GCaMP6的钙感受器蛋白的基因，每当它与钙结合时，它就会发出绿色的光。这种绿色荧光使研究小组能够直观地跟踪钙浓度的变化，以响应用针刺激植物敏感的毛发。

“我在两年半的时间里尝试了这么多实验，但都失败了，”该研究的合著者、日本冈崎国立基础生物学研究所(NIBB)的研究生苏田平久(Hiraku Suda)说。维纳斯捕蝇器是一个如此吸引人的系统，我没有放弃。我终于注意到，在黑暗中生长的捕蝇草中整合了高效的外源DNA。这是一条很小但不可或缺的线索。“。

研究结果支持这样的假设，即第一个刺激会触发钙的释放，但浓度没有达到临界阈值，即发出关闭陷阱的信号，而不会从第二个刺激中第二次注入钙。然而，第二次刺激必须在30秒内发生，因为钙浓度随着时间的推移而下降。如果第一次和第二次刺激之间的时间超过30秒，陷阱就不会关闭。因此，叶细胞中钙浓度的消长似乎真的是捕蝇草的一种短期记忆。“。

下一步是调查钙浓度和植物的电子网络之间的联系，该网络将捕捉到的猎物的运动转化为散布在细胞中的小电荷。科学家们已经知道，在许多植物中，钙和这些电信号之间有密切的联系，所以在金星捕蝇器中会有类似的联系也就不足为奇了。目前还不清楚的是，这两个系统究竟是如何协同工作的。

“这是揭示植物运动和食肉动物进化的第一步，也是揭示潜在机制的第一步，”该研究的合著者、NIBB教授兼副总干事长部光也(Mitsuyasu Hasebe)说。许多动植物都有有趣但未被探索的生物学特性。