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捕蝇草是如何捕捉的

捕蝇草通过咬断蜘蛛和昆虫的捕叶来捕捉它们。当毫无防备的猎物在30秒内两次接触高度敏感的触发毛发时,这种机制就会被激活。一项由苏黎世大学的研究人员领导的研究表明,一次缓慢的触摸也会触发陷阱的关闭——可能是为了捕捉缓慢移动的幼虫和蜗牛。

捕蝇草(Dionaea muscipula)可能是最著名的食肉植物。它利用复杂的诱捕机制捕获猎物,主要是蜘蛛和昆虫。它独特的叶子在每个叶上有三根高度敏感的触发毛。即使是最轻微的触摸,这些头发也会有反应。当苍蝇沿着叶子爬行时,会发出电信号,迅速传遍整个叶子。如果在短时间内触发两个信号,该陷阱就会在几毫秒内断开。

新的触发捕获机制

这种捕获机制所基于的生理反应已经被研究了200多年。人们一致认为,每一次足够强烈的触碰触发毛都会产生一个电信号,30秒内的两个信号会导致陷阱的关闭。苏黎世大学和苏黎世ETH的一项新研究发现了另一种触发机制。乌兹赫大学植物和微生物生物系主任,也是最后一篇论文的共同作者乌利·格鲁尼克劳斯说:“与人们普遍认为的相反,缓慢地触摸一根触发毛一次也会产生两种信号,从而导致陷阱的终止。”

首先,跨学科的研究团队确定了触发植物捕获机制所需的力。他们使用了高度敏感的传感器和高精度的微型机器人系统,这些系统是由苏黎世联邦理工学院机器人和智能系统研究所的布拉德利·j·尼尔森的团队开发的。这使得科学家能够以预先确定的速度将触发毛偏转到一个精确的角度,以测量相关的力。这些实验证实了先前的理论。如果所选的参数近似于常规猎物的触碰,那么陷阱需要两次触碰才能折断。

根据收集到的数据,ETH建筑材料研究所的研究人员开发了一个数学模型来确定角偏转的范围和启动折断机制的速度阈值。“有趣的是,模型显示,在较慢的角速度下,一次触碰会产生两种电信号,这样陷阱就会折断,”格劳斯尼克劳斯说。研究人员随后在实验中证实了模型的预测。

捕捉猎物缓慢

捕蝇草的叶子张开时,叶瓣会向外弯曲并绷紧,就像一个绷紧的弹簧。触发信号导致树叶曲率的微小变化,这使得陷阱瞬间崩溃。电信号是由细胞膜上的离子通道产生的,它把原子送出和送进细胞。

“我们认为,只要薄膜被机械拉伸,离子通道就会一直打开。如果偏移发生得很慢,离子的流动就足以触发几个信号,从而导致陷阱关闭。新发现的触发机制可能是捕蝇草捕捉移动缓慢的猎物的一种方式,比如幼虫或蜗牛。

这项研究发表在《公共科学图书馆·生物学》上。

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