植物有短期記憶跟長期記憶

捕蠅草(學名:Dionaea muscipula)是原產於北美洲的一種多年生草本植物,據說捕蠅草因為葉片邊緣會有規則的刺毛,就像維納斯的睫毛一樣,所以英文名稱為Venus Flytrap,意思是「維納斯的捕蠅陷阱」,而捕蠅草的短期「記憶」可以持續30秒左右,基本上如果有一隻昆蟲輕拍了一次捕蠅草的刺毛,捕蠅草並不會有所反應,但昆蟲若在半分鐘內又再次觸碰它,捕蠅草就會突然關閉葉片來達到捕獲獵物的效果,而捕蠅草到底是如何記住兩次昆蟲接觸它的時間呢?

去年發表在《自然植物》雜誌上的一項新研究顯示,捕蠅草是利用鈣離子來達成這種效果的。研究作者日本岡崎國立基礎生物學研究所的生物學家長谷部光康(Mitsuyasu Hasebe)表示:「科學家知道某些植物具有某種長期記憶。」例如春化現象,這指的是植物經過春化處理後,才能從營養生長階段(即根、莖、葉的發育)過渡到生殖生長階段(即花、果實和種子的發育)的現象,這些植物們會記住長期的冬季寒冷,作為春季開花的信號。長谷部光康接著說:「但是短期記憶更加難以捉摸。」

食肉植物沒有大腦或神經系統

作者認為:「這是鈣離子參與的直接證據」,儘管這種食肉植物沒有大腦或神經系統,但它顯然可以計算時間並區分獵物和雨水等無生命物質的區別,過去的研究表示,鈣離子在這過程中發揮了重要的作用,且在基因工程的幫助下,長谷部光康和同事們實際看到鈣離子的運作。

首先研究人員給捕蠅草添加了能產生蛋白質的基因,這種蛋白質在接觸到鈣離子時會發出綠光,接著研究小組刻意去觸碰捕蠅草的一根刺毛後,刺毛的根部開始發光,然後光在葉子上擴散,最後漸漸褪色,而當研究人員在大約30秒內再次觸摸這些刺毛後,葉子卻比之前更亮,捕蠅草很快的就「啪」合上了!

這些發光的捕蠅草圖片顯示,捕蠅草的鈣含量會激增,然後在它的一根刺毛被觸動後開始下降,直到第二次觸碰才會使更多的鈣離子湧入葉子中的細胞,使閾值上升直到陷阱關閉為止。

捕蠅草的短期記憶來自鈣離子元素的消長

結果表示:「捕蠅草的短期記憶是來自於葉片細胞內鈣離子元素的消長。」每當一根刺毛被觸發時,它就會發出鈣離子釋放的信號,當鈣離子濃度達到一定水平時,就會在短短一秒內更快地激增,直到陷阱關閉。

德國維爾茨堡大學的生物物理學家雷納·赫德裏奇(Rainer Hedrich)說:「為了感知獵物,捕蠅草運作著一個快速的電子網絡,它可以將蒼蠅或其他昆蟲的運動轉化為微小的電壓變化,並在植物細胞中波動。」不過科學家仍然還沒找出鈣離子運作系統是如何與電網絡合作來啟動該植物的神經系統。

捷克奧洛穆克帕拉克大學的植物生理學家安德烈·巴甫洛維奇(Andrej Pavlovič)說:「鈣離子和電網絡的密切關係在普通植物中是我們已知的植物運作機制,因此在捕蠅草中也是如此。」他接著說:「研究中最有趣的部分是讓捕蠅草發光,這種轉基因很常用在研究植物中,但要用在捕食性植物中是很難做到的事情,因此成功地改造捕蠅草的基因,使植物發光是食肉植物研究的一大躍進。」

圖片來源:DAVE-CARROLL/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS

資料來源:Curtis Segarra(2020,OCTOBER 14).How Venus flytraps store short-term ‘memories’ of prey. Sciencenews

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