热传感器保护捕蝇草免受火灾

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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