- 熱傳感器保護捕蠅草免受火災
- 來源：互聯網 發表于 2023/8/29
捕蠅草的感覺毛上有一個熱傳感器，通過它，它可以在叢林大火爆發前對熱浪做出反應。如果溫度迅速超過37°C的標志，鈣依賴性動作電位(AP)被觸發作為警告信號。如果溫度上升到55°C的閾值，則發射第二次AP，陷阱關閉，感覺毛被保護起來不被燒傷。資料來源:黃壽光/德國維爾茨堡大學
捕蠅草可以在北卡羅來納州和南卡羅來納州營養貧乏的沼澤中生存，因為它通過捕捉和吃昆蟲來彌補氮、磷酸鹽和礦物質的缺乏。它用帶有感應毛的捕獸器捕獵。如果昆蟲接觸這些毛發兩次，陷阱就會關閉并消化獵物。
在沼澤的位置，這種食肉植物通常是不可見的，因為它被雜草覆蓋。在夏天，草干涸了。然后，它可能會被北卡羅來納州頻繁的雷暴所點燃——這對捕蠅草來說是一種危險的情況。
植物如何保護其重要的捕捉器和感覺毛免受火災?德國巴伐利亞州維爾茨堡朱利葉斯-馬克西米利安大學(JMU)的生物物理學家Rainer Hedrich教授和shougang Huang博士發現:捕蠅草在感覺毛發上使用特殊的熱感受器來實現這一目的，研究人員在《當代生物學》雜志上發表了報告。
Rainer Hedrich說:“為了弄清楚捕蠅器在燃燒一層干草時的行為，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。”“然后我們在干草的一端點火，用風扇迫使它蔓延到另一端。”
火災之后，植物關閉了所有的捕集器。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——它們在觸摸它們的感應毛后啪地一聲。
“直到最近，我們才闡明了受傷后陷阱關閉過程中的刺激-反應鏈。現在的問題是，陷阱是否已經在火災發生前對熱浪做出了反應，”海德里希說。
JMU的研究人員的假設是正確的:一個熱鼓風機直接對著捕集器就足以使捕集器關閉。接下來，科學家們在受控的實驗室條件下進行了熱實驗。
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爾蒂埃元件接觸，利用這個電熱換能器，他能夠通過控制電流供應，選擇性地在捕集器上設置不同的溫度。
他發現，當葉子的局部溫度超過37°C時，捕集器的受熱區域會產生電脈沖，這種動作電位會傳播到捕集器的兩邊。“當溫度進一步升高到55°C時，第二個動作電位被觸發，陷阱被關閉，”壽光說。
但陷阱在37°C和55°C下的反應只有在溫度突然升高時才會啟動，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，陷阱就不會起作用。
“與人類不同，食肉植物的熱傳感器在體溫超過時不會跳動，但它會對溫度變化的速度做出反應，”海德里希說。
通過測量其表面的溫度上升并在幾分之一秒內關閉捕蠅器，捕蠅器的感應毛可以免受燒傷。潮濕的沼澤地進一步保護它們免受過熱和燒傷。這使它能夠在火災后繼續尋找動物食物。
陷阱的每一半都有三根感覺毛，它們對觸摸非常敏感，并產生動作電位。動作電位在毛發的基部產生。在那里，通過觸摸激活的離子通道允許鈣流入細胞。這個鈣離子信號是動作電位的觸發器，同時也是動作電位的組成部分。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，我們使用了帶有基因編碼鈣傳感器的捕蠅器，”Hedrich說。當細胞鈣含量增加時，這個傳感器開始發出熒光。他說:“我們非常驚訝，當加熱時，一根感應毛首先發光。”“這表明毛發同時具有觸覺和熱傳感器的功能，”海德里希總結道
研究人員說:“目前，我們正在研究一種假設，即鈣通道是熱傳感器的一個組成部分，甚至是傳感器本身。”如果這是真的，那么一種在植物中完全未知的膜結合溫度傳感器就會被發現。
到目前為止，研究人員知道鈣通道來自所謂的OSCA家族，它可以被機械地和滲透地激活。“在未來，我們想測試捕蠅草的感覺毛發中是否也有osca，這些毛發是由熱能供應打開的，以及它們的哪些蛋白質區域對力學有反應，哪些對熱有反應。”
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