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死神的精度:捕蝇草会“数拍子”干掉猎物

(LH/编译)如果你意外变成了一只苍蝇,而且还被捕蝇草抓住了,这里有个有用的建议:不要恐慌。

“如果你只是一动不动地等着,第二天早上,陷阱就会打开,你就又可以自由飞翔了。” 维尔茨堡大学的雷尼尔•海德里希(Ranier Hedrich)说,“但如果你惊慌失措,你就会陷入死亡分解循环之中。”

海德里希和其他研究人员发现,捕蝇草可以计数猎物触碰到它们叶片上感觉绒毛的次数。触碰一次还没关系。触碰两次陷阱就会关闭。触碰三次,陷阱为消化做好准备蓄势待发。而触碰第五次,根据海德里希最新的研究,就会触发消化酶的分泌——而且触碰的次数越多,消化酶就分泌得越多。这种植物会根据猎物反抗的程度来设置消化的强度。所以,苍蝇为了活命的挣扎,不仅告诉了植物何时杀死自己,更告诉了它们怎样才能杀得恰到好处。

对昆虫来说,捕蝇草鲜艳的红色是致命的诱惑。图片来源:Wikipedia

捕蝇草已经吸引了科学家几个世纪之久,这可能是因为它们非常不像植物:它们捕捉动物,还会把猎物吃掉;它们的叶子使人不安地联想到一张张排满尖牙的嘴;它们行动敏捷,每个陷阱可以在十分之一秒内关闭;有时,它们还能发出美妙的歌声。正如查尔斯•达尔文(Charles Darwin)所说,捕蝇草是“世上最不可思议的(植物)之一”。想要充分理解达尔文对捕蝇草的盛赞,且让我们放慢脚步,仔细看看捕蝇草在捕虫时究竟都做了什么。

先从苍蝇开始。它被捕蝇草的红色和水果香气吸引,落在了捕蝇草打开的那半边陷阱上。陷阱的内表面就像一个地雷区,布满了点点硬绒毛。当冒失的昆虫碰到了其中的一根,钙离子便会迅速增加,产生电信号穿过叶片;这很像在人类神经元间穿梭的电信号。

一次信号不会怎样;触发信号的可能是被风吹来的杂物碰到了绒毛,或是一滴雨水。为了避免因为这样的错误警报而关闭陷阱,捕蝇草的程序会等待第二次信号。

第一次信号还设定了一个秘密计时器,在接下来20秒里,昆虫的所作所为将会决定它的命运。如果昆虫没有碰到绒毛,它就能活下来。如果它再次碰到绒毛,一个新的电信号就会发出,让陷阱的钙离子浓度上升到一个关键阈值。作为反应,捕蝇草向叶片输送水,水让叶片快速从外凸(向外弯曲)变形至内凹(向内弯曲)。

换句话说,就是陷阱关上了。

掉进陷阱的苍蝇如果还继续挣扎,那就真的逃脱不了了。图片来源:media.giphy.com

现在,苍蝇被关起来了,但还没有死。它会挣扎,愈加撞击绒毛,从而激发更多电信号,接近每分钟一个。第三个电信号将陷阱的钙浓度进一步提升,刺激捕蝇草产生一种叫作茉莉酮酸的激素。在很多植物中,茉莉酮酸是一种微量激素,从伤口分泌,协调植物的保护与维修功能。对捕蝇草来说,茉莉酮酸还被用作食肉激素。茉莉酮酸帮助陷阱中的腺体细胞做好准备,使之在受到第五次电信号时开始分泌消化酶。

捕蝇草精心配置消化酶的供应以满足需要。体型大的飞虫挣扎更猛烈,撞到更多绒毛,激发更多电信号。于是,捕蝇草按比例产生更多的茉莉酮酸,并相应分泌出更多的消化酶。

经过六七个小时,陷阱将会牢牢密闭,内部充满了液体。与外界隔绝的飞虫会缺氧窒息而亡:但与接下来要发生的事情相比,这已经很仁慈了。陷阱中液体的酸性会变得很大,pH值下降到2。陷阱里充满了分解虫肉的酶,变成了海德里希口中的“绿胃”。

这个胃会用几天时间消化掉死去的飞虫,捕蝇草通过品尝猎物,持续供应酸和酶。死去的飞虫不会再激发电信号了,但海德里希一项还未发表的研究表明,陷阱中还有化学感受器,可以感知到飞虫壳中的甲壳素和血液中的一些物质。所以,只要捕蝇草还能“尝”到尚有食物在消化,它就会继续消化下去。

与此同时,陷阱也开始吸收营养,既当胃又要当肠。以上五次激发消化酶生产的电信号还会激发一系列运输酶的产生,这些运输酶会吸收被分解飞虫所释放的钠。植物大多不喜欢盐,但是捕蝇草却能利用盐。通过把盐聚集在陷阱中,盐可以将飞虫体内的水分吸入捕蝇草自己的组织中。

一周或更久之后,陷阱打开,飞虫的空壳重见天日,落入土壤或者被风带走。陷阱又准备好迎接新的受害者了。在被捕蝇草更换之前,陷阱还会再捕一两次虫。

来自斯洛伐克国夸美纽斯大学的安德列•帕夫洛维奇告诉我们,其中许多细节人们都已经知道很久了。但是,海德里希最新的研究终于让我们了解到,捕蝇草能通过计数电信号来触发消化过程。捕蝇草到底是如何计数的仍然是个谜,海德里希的团队正在积极解决这个难题。

现在来看,捕蝇草是当之无愧的效率典范。它保证了自己不在捕食中浪费能量。它只在可能有食物时才闭合陷阱。它只在非常确定自己抓到了食物后才开始制造各种液体。它也只在依然有食物可消化时才继续消化。通过这些精打细算,捕蝇草可以在其他植物都难以立足、缺乏营养的湿地和沼泽中蓬勃生长。(编辑:Ent)

The End

发布于2016-01-31, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Ed Yong

Ed Yong是科学作家,著名科普博客Not Exactly Rocket Science的博主。

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