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圖片來源:維基百科 |
捕蠅草(Venus flytrap,Dionaea muscipula)我們已經介紹過很多次了,相信大家都不陌生;這次我們要介紹的是它捕蟲以外的特殊技能:感熱。
捕蠅草為什麼要感熱呢?在它的原生地(美國卡羅萊納州),捕蠅草主要生長在沼澤裡。沼澤裡除了捕蠅草,還有很多其他的植物,而這些植物常常會長得很高,蓋過捕蠅草,讓捕蠅草無法取得它需要的養分:小蟲。
但是科學家觀察到,在這些地方有時會因為雷擊或其他因素,引起森林火災;這時候很神奇的是,捕蠅草可以熬過火災,浴火重生。火災後其他的植物都被燒光了,剩下捕蠅草獨領風騷。
到底捕蠅草是怎麼熬過火災的?科學家發現,捕蠅草在溫度上升時會關起它的變形葉。等火災過去兩三天,變形葉又會重新打開捕蟲。
科學家們便做了一個測試。他們模仿捕蠅草的原生地,在捕蠅草上面放上乾草,點然後以電風扇從不同角度吹它。結果發現捕蠅草的變形葉都關閉了,而在「火災」後大約一週,部份的捕蠅草重新「開張」捕蟲。
接著科學家用點燃的火柴來測試,發現捕蠅草在火柴接近時很快的就關閉變形葉了。
不論是點燃的火柴或是人工火災,要在實驗室裡弄這些總是令人不放心!於是科學家們改用吹熱風(這也比較容易控制)的方法來測試捕蠅草。
一開始他們讓溫度在四秒內從攝氏20度上升到74度。結果捕蠅草的變形葉當然很快就關閉了。科學家發現,當溫度上升超過攝氏28度時,捕蠅草會產生兩個動作電位(AP),而這兩個動作電位相隔僅有一秒。移除熱源後24-72小時,捕蠅草又重新「開張」。
接著科學家進行更詳細的測試,讓溫度上升得慢些,看看捕蠅草的反應是否有變化。測試的結果發現,當溫度低於攝氏25度時,不會有任何動作電位的產生;而溫度上升到攝氏43度時,所有的變形葉都發出了動作電位。動力學分析顯示,一半的變形葉關閉的溫度為攝氏37.9度。
過去的研究發現,要先有細胞質的鈣離子濃度上升,接著才會有動作電位的發生。研究團隊的測試也發現,溫度超過攝氏38度時,細胞內的鈣離子濃度的確會先上升,接著才會出現動作電位。
接著科學家想知道,溫度上升的速度快慢,是否也有影響呢?測試的結果發現,當每秒僅上升攝氏0.25度時,不會引發任何動作電位,變形葉也不會關閉。若每秒上升攝氏2.5度時,所有的變形葉都關閉,動作電位也都產生。如果放慢到每秒上升攝氏1.2度,則有半數的變形葉產生了動作電位並且關閉。
有趣的是,如果每五分鐘吹一次熱風,捕蠅草會產生動作電位,變形葉也會關閉;但如果每一分鐘吹一次熱風,反而沒有效果(植物覺得是噪音嗎?)。進一步測試分析的結果發現,植物如果不降溫到攝氏55度以下,對下次的熱刺激就無感。
到底是捕蠅草的哪個部位感應到熱呢?測試的結果發現,似乎又是捕蠅草的感覺毛在感應。
為什麼捕蠅草在野火來襲要關閉變形葉?想想其實也蠻合理的,如果感覺毛燒掉了,就不能捕蟲了;所以為了要保護寶貴的「生財器具」,當然要在野火來襲時趕緊把變形葉給關好囉!而既然感覺毛已經可以感應碰觸,就不妨再感應一下溫度,也很方便啊!
參考文獻:
Huang & Hedrich, 2023, Current Biology 33, 1–7 September 25, 2023 ª 2023 Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.07.069
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