當蟲子落在葉片上時，捕蠅草會有所感知並閉合葉片進行捕食。這一現象表明植物可能具備類似觸覺的感知能力，但其機制在200多年間始終未被闡明。日本埼玉大學研究生院理工學研究科的須田啟助教、淺川裕紀博士生、萩原拓真研究員、豐田正嗣教授等人，與基礎生物學研究所的長谷部光泰教授的研究團隊合作，發現由機械刺激激活的蛋白質DmMSL10作為感知蟲子觸碰的觸覺感測器發揮了作用。豐田教授表示：「我們希望基於科學證據，傳遞‘植物或許也有感覺’這一可能被解讀為偽科學的觀點的正確性。」相關研究成果已發表在期刊《Nature Communications》上。
圖1．捕蠅草對接觸刺激的感知與運動
捕蠅草葉片通過感覺毛感知接觸刺激後，鈣信號與電信號會傳遞至整個葉片。當信號兩次傳遞至整個葉片時，左右分開的葉片會以閉合運動捕捉獵物。（供圖：埼玉大學）
捕蠅草的葉片上有6根被稱為「感覺毛」的組織，獵物觸碰時，感覺毛會以毛根附近的縊縮處為起點彎曲。此時，葉片接受接觸刺激後，鈣信號與電信號會傳遞至整個葉片。當感覺毛受到兩次刺激、鈣信號與電信號兩次傳遍葉片後，便會引起運動。這一機制自發現以來的200多年間，以達爾文為首的眾多研究者都對其展開過研究，儘管已有觀點指出「感覺毛基部可能存在接觸刺激感測器」，但細胞層面感知接觸刺激的詳細機制尚未明確。
研究團隊將一種可根據細胞內鈣離子濃度變化改變自身輝度的生物感測器導入捕蠅草，以此觀察其如何感知接觸刺激。為開展觀察，他們創新組合了雙光量子顯微鏡與可測量生物體內部電信號的電生理裝置，構建了一套能夠在細胞層面針對捕蠅草感覺毛的鈣信號與電信號同時進行觀察的系統。
輕微彎曲感覺毛施加弱刺激時，產生了僅在因彎曲而被拉伸的細胞周圍傳遞的鈣信號和微弱電信號（感受器電位）。而大幅彎曲感覺毛施加強刺激時，產生了在整個葉片長距離傳遞的強電信號（動作電位），並進一步產生了長距離傳遞的鈣信號。可知此時感覺毛檢測到了彎曲的角度與速度。此外，若用雷射去除彎曲時最先產生鈣信號的細胞，鈣信號便不再發生長距離傳遞，由此可知，該細胞是長距離鈣信號傳遞所必需的。
接下來，為明確參與接觸刺激感知的分子，研究團隊敲除了DmMSL10基因，並研究了感覺毛彎曲時的響應。須田助教表示：「關注DmMSL10，是因為該基因在感覺毛中大量表達且編碼離子通道。」實驗顯示，即使施加野生植株會產生長距離鈣信號及動作電位的強刺激，敲除植株也未產生這些信號。當感受器電位超過閾值時，野生植株會產生動作電位，但即便對敲除植株施加相同刺激，其感受器電位也小於野生植株，且不產生動作電位。這些結果表明，捕蠅草具備「感受器電位超過閾值時產生動作電位」這一與動物神經相似的機制。
此外，為調查野生環境下DmMSL10是否有助於感知獵物，研究團隊構建了一套可在50厘米見方的超廣視角下進行鈣成像的系統，以此研究捕蠅草能否檢測到四處爬行的螞蟻的存在。敲除植株在螞蟻觸碰感覺毛時，存在「長距離鈣信號產生概率較低，螞蟻捕捉概率也較低」的傾向。這表明，DmMSL10對於不遺漏獵物輕微接觸刺激的高靈敏度檢測系統有幫助。
DmMSL10存在於許多植物中，大腸桿菌中也有同源性基因，但動物體內不存在該基因。目前已知多種植物都具備感知接觸刺激的觸覺，可能採用了與捕蠅草相同的機制。這一成果為闡明不同於動物的植物感覺邁出了重要一步。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Communications
論文：MSL10 is a high-sensitivity mechanosensor in the tactile sense of the Venus flytrap
DOI：10.1038/s41467-025-63419-w
