日本埼玉大學等組成的研究團隊發現，形似雙殼貝類的食蟲植物捕蠅草，其細胞膜上的一種蛋白質在感知昆蟲觸碰的「觸覺毛」根部發揮著觸覺感測器的作用。該發現在細胞層面上揭開了以《物種起源》和《演化論》而聞名的查爾斯·達爾文等研究者們歷經200年探究的捕蟲機制中關於感知接觸刺激的部分原理。
捕蠅草用於捕捉昆蟲的葉片部位與觸覺毛（供圖：埼玉大學的豐田正嗣教授）
捕蠅草是一種生長在北美濕地的食蟲植物，它通過像摺疊葉片一樣的動作來捕捉螞蟻等昆蟲。其葉片上長有6根「觸覺毛」，當被觸碰兩次時，葉片便會迅速合攏，使昆蟲無法逃脫。
當觸覺毛受到一定強度的觸碰時，會產生電信號。埼玉大學研究生院理工學研究科的須田啟助教（植物生理學）和豐田正嗣教授（生物物理學）等人，於2020年成功視覺化了伴隨電信號產生的鈣離子濃度變化信號在葉片中的傳導過程，並指出鈣離子信號可能承擔著類似「接觸記憶」的作用，使得在第二次觸碰後觸發葉片閉合。
野外生長的捕蠅草（供圖：埼玉大學的豐田正嗣教授）
須田助教和豐田教授認為，如果能在細胞層面同時觀察電信號與鈣信號，就能鎖定負責感知接觸刺激的感測器。為此，研究團隊構建了一套系統：在捕蠅草的觸覺毛中導入一種會根據鈣離子濃度變化而發光的人工蛋白質，並利用雙光量子顯微鏡在觀察其發光狀況的同時也能測量電位變化。
利用觸覺探針向觸覺毛施加接觸刺激，在通過雙光量子顯微鏡拍攝鈣信號的同時，用電極測量單細胞水平電信號的裝置（供圖：埼玉大學的豐田正嗣教授）
在顯微鏡下持續觀察的同時，研究團隊對觸覺毛施加不同程度的彎曲刺激後發現：當施加大幅度彎曲的強刺激時，葉片整體都會產生電信號和鈣信號；而在弱刺激下，電位只在局部略有上升，鈣信號則不會向外部擴散。此外還證實，如果用雷射去除位於觸覺毛彎折根部的細胞，鈣信號就無法再向外傳播。
通過顯微鏡將鈣信號的產生視覺化後所觀察到的觸覺毛根部區域（供圖：埼玉大學的豐田正嗣教授）
為了確定觸覺毛中究竟是哪一種分子參與了接觸刺激的感知，研究團隊將注意力集中在捕蠅草觸覺毛中大量存在的一種蛋白質（DmMSL10）。該蛋白被認為在細胞膜受到拉伸時被激活，並允許離子從細胞內流向細胞外。當研究者使捕蠅草中負責生成此蛋白的基因失效後，對其接觸刺激反應進行測試。結果發現，無論是電信號還是鈣信號都不再產生。實驗中，即便有螞蟻從葉片上走過，捕捉成功率也明顯下降。
在野生捕蠅草中，當螞蟻觸碰到白色箭頭所示的觸覺毛時，植物能夠感知到這一接觸，並使鈣信號向葉片整體擴散；然而在破壞了蛋白質（DmMSL10）的基因剔除株中，則出現了無法感知觸碰的情況。（供圖：埼玉大學的豐田正嗣教授）
須田助教與豐田教授表示：「我們已經明確捕蠅草擁有一種利用動物所不具備的基因來感知觸碰刺激的機制。這將成為闡明植物不同於動物的‘感知’機制的重要一步。」
該研究由大學共同利用機關法人自然研究科學機構基礎生物學研究所等機構共同開展，並獲得日本學術振興會科學研究費助成項目以及國立研究開發法人科學技術振興機構（JST）戰略性創造研究推進事業、三得利控股等的支持。相關研究成果已發表在英國科學期刊《Nature Communications》的9月30日刊上。
原文：JST Science Portal 編輯部
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
