当虫子落在叶片上时，捕蝇草会有所感知并闭合叶片进行捕食。这一现象表明植物可能具备类似触觉的感知能力，但其机制在200多年间始终未被阐明。日本埼玉大学研究生院理工学研究科的须田启助教、浅川裕纪博士生、萩原拓真研究员、丰田正嗣教授等人，与基础生物学研究所的长谷部光泰教授的研究团队合作，发现由机械刺激激活的蛋白质DmMSL10作为感知虫子触碰的触觉传感器发挥了作用。丰田教授表示：“我们希望基于科学证据，传递‘植物或许也有感觉’这一可能被解读为伪科学的观点的正确性。”相关研究成果已发表在期刊《Nature Communications》上。
图1．捕蝇草对接触刺激的感知与运动
捕蝇草叶片通过感觉毛感知接触刺激后，钙信号与电信号会传递至整个叶片。当信号两次传递至整个叶片时，左右分开的叶片会以闭合运动捕捉猎物。（供图：埼玉大学）
捕蝇草的叶片上有6根被称为“感觉毛”的组织，猎物触碰时，感觉毛会以毛根附近的缢缩处为起点弯曲。此时，叶片接受接触刺激后，钙信号与电信号会传递至整个叶片。当感觉毛受到两次刺激、钙信号与电信号两次传遍叶片后，便会引起运动。这一机制自发现以来的200多年间，以达尔文为首的众多研究者都对其展开过研究，尽管已有观点指出“感觉毛基部可能存在接触刺激传感器”，但细胞层面感知接触刺激的详细机制尚未明确。
研究团队将一种可根据细胞内钙离子浓度变化改变自身亮度的生物传感器导入捕蝇草，以此观察其如何感知接触刺激。为开展观察，他们创新组合了双光子显微镜与可测量生物体内部电信号的电生理装置，构建了一套能够在细胞层面针对捕蝇草感觉毛的钙信号与电信号同时进行观察的系统。
轻微弯曲感觉毛施加弱刺激时，产生了仅在因弯曲而被拉伸的细胞周围传递的钙信号和微弱电信号（感受器电位）。而大幅弯曲感觉毛施加强刺激时，产生了在整个叶片长距离传递的强电信号（动作电位），并进一步产生了长距离传递的钙信号。可知此时感觉毛检测到了弯曲的角度与速度。此外，若用激光去除弯曲时最先产生钙信号的细胞，钙信号便不再发生长距离传递，由此可知，该细胞是长距离钙信号传递所必需的。
接下来，为明确参与接触刺激感知的分子，研究团队敲除了DmMSL10基因，并研究了感觉毛弯曲时的响应。须田助教表示：“关注DmMSL10，是因为该基因在感觉毛中大量表达且编码离子通道。”实验显示，即使施加野生植株会产生长距离钙信号及动作电位的强刺激，敲除植株也未产生这些信号。当感受器电位超过阈值时，野生植株会产生动作电位，但即便对敲除植株施加相同刺激，其感受器电位也小于野生植株，且不产生动作电位。这些结果表明，捕蝇草具备“感受器电位超过阈值时产生动作电位”这一与动物神经相似的机制。
此外，为调查野生环境下DmMSL10是否有助于感知猎物，研究团队构建了一套可在50厘米见方的超广视角下进行钙成像的系统，以此研究捕蝇草能否检测到四处爬行的蚂蚁的存在。敲除植株在蚂蚁触碰感觉毛时，存在“长距离钙信号产生概率较低，蚂蚁捕捉概率也较低”的倾向。这表明，DmMSL10对于不遗漏猎物轻微接触刺激的高灵敏度检测系统有帮助。
DmMSL10存在于许多植物中，大肠杆菌中也有同源基因，但动物体内不存在该基因。目前已知多种植物都具备感知接触刺激的触觉，可能采用了与捕蝇草相同的机制。这一成果为阐明不同于动物的植物感觉迈出了重要一步。
原文：《科学新闻》
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
