日本埼玉大学等组成的研究团队发现，形似双壳贝类的食虫植物捕蝇草，其细胞膜上的一种蛋白质在感知昆虫触碰的“触觉毛”根部发挥着触觉传感器的作用。该发现在细胞层面上揭开了以《物种起源》和《进化论》而闻名的查尔斯·达尔文等研究者们历经200年探究的捕虫机制中关于感知接触刺激的部分原理。
捕蝇草用于捕捉昆虫的叶片部位与触觉毛（供图：埼玉大学的丰田正嗣教授）
捕蝇草是一种生长在北美湿地的食虫植物，它通过像折叠叶片一样的动作来捕捉蚂蚁等昆虫。其叶片上长有6根“触觉毛”，当被触碰两次时，叶片便会迅速合拢，使昆虫无法逃脱。
当触觉毛受到一定强度的触碰时，会产生电信号。埼玉大学研究生院理工学研究科的须田启助教（植物生理学）和丰田正嗣教授（生物物理学）等人，于2020年成功可视化了伴随电信号产生的钙离子浓度变化信号在叶片中的传导过程，并指出钙离子信号可能承担着类似“接触记忆”的作用，使得在第二次触碰后触发叶片闭合。
野外生长的捕蝇草（供图：埼玉大学的丰田正嗣教授）
须田助教和丰田教授认为，如果能在细胞层面同时观察电信号与钙信号，就能锁定负责感知接触刺激的传感器。为此，研究团队构建了一套系统：在捕蝇草的触觉毛中导入一种会根据钙离子浓度变化而发光的人工蛋白质，并利用双光子显微镜在观察其发光状况的同时也能测量电位变化。
利用触觉探针向触觉毛施加接触刺激，在通过双光子显微镜拍摄钙信号的同时，用电极测量单细胞水平电信号的装置（供图：埼玉大学的丰田正嗣教授）
在显微镜下持续观察的同时，研究团队对触觉毛施加不同程度的弯曲刺激后发现：当施加大幅度弯曲的强刺激时，叶片整体都会产生电信号和钙信号；而在弱刺激下，电位只在局部略有上升，钙信号则不会向外扩散。此外还证实，如果用激光去除位于触觉毛弯折根部的细胞，钙信号就无法再向外传播。
通过显微镜将钙信号的产生可视化后所观察到的触觉毛根部区域（供图：埼玉大学的丰田正嗣教授）
为了确定触觉毛中究竟是哪一种分子参与了接触刺激的感知，研究团队将注意力集中在捕蝇草触觉毛中大量存在的一种蛋白质（DmMSL10）。该蛋白被认为在细胞膜受到拉伸时被激活，并允许离子从细胞内流向细胞外。当研究者使捕蝇草中负责生成此蛋白的基因失效后，对其接触刺激反应进行测试。结果发现，无论是电信号还是钙信号都不再产生。实验中，即便有蚂蚁从叶片上走过，捕捉成功率也明显下降。
在野生捕蝇草中，当蚂蚁触碰到白色箭头所示的触觉毛时，植物能够感知到这一接触，并使钙信号向叶片整体扩散；然而在破坏了蛋白质（DmMSL10）的基因敲除株中，则出现了无法感知触碰的情况。（供图：埼玉大学的丰田正嗣教授）
须田助教与丰田教授表示：“我们已经明确捕蝇草拥有一种利用动物所不具备的基因来感知触碰刺激的机制。这将成为阐明植物不同于动物的‘感知’机制的重要一步。”
该研究由大学共同利用机关法人自然研究科学机构基础生物学研究所等机构共同开展，并获得日本学术振兴会科学研究费助成项目以及国立研究开发法人科学技术振兴机构（JST）战略性创造研究推进事业、三得利控股等的支持。相关研究成果已发表在英国科学期刊《Nature Communications》的9月30日刊上。
原文：JST Science Portal 编辑部
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications
论文：MSL10 is a high-sensitivity mechanosensor in the tactile sense of the Venus flytrap
DOI：10.1038/s41467-025-63419-w
