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热传感器保护维纳斯捕蝇草免受火灾

摘要 捕蝇草可以在北卡罗来纳州和南卡罗来纳州营养贫乏的沼泽中生存,因为它通过捕捉和吃小动物来弥补氮、磷酸盐和矿物质的缺乏。它用上面有感觉...

捕蝇草可以在北卡罗来纳州和南卡罗来纳州营养贫乏的沼泽中生存,因为它通过捕捉和吃小动物来弥补氮、磷酸盐和矿物质的缺乏。它用上面有感觉毛的弹簧陷阱捕猎。如果昆虫接触这些毛发两次,陷阱就会关闭并消化猎物。

在沼泽地里,这种食肉植物通常是看不见的,因为它长满了草。夏天,草干了。然后,它可能会因北卡罗来纳州典型的频繁雷暴而着火——这对捕蝇草来说是一个危险的情况。

植物如何保护其重要的捕捉器和感觉毛免遭火灾?德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯马克西米利安大学 (JMU) 的生物物理学家 Rainer Hedrich 教授和黄寿光博士发现:为此目的,维纳斯捕蝇草利用感觉毛中的特殊热感受器来实现这一目的,正如研究人员在期刊上报道的那样现代生物学。

维尔茨堡模仿卡罗莱纳州丛林大火

“为了了解捕蝇草在燃烧干草覆盖物时的行为,我们将带有开放式捕捉器的植物从温室移植到 JMU 植物园的露天场地,并用干草覆盖它们,”Rainer Hedrich 说。“然后我们在一端点燃干草,并用风扇迫使它蔓延到另一端”。

火灾发生后,植物关闭了所有陷阱。一些陷阱没有受到任何损坏,另一些则似乎被烧毁。几天后,所有未损坏的陷阱再次打开并开始工作——它们在接触到它们的感觉毛发后就会折断。

热空气使捕蝇器折断

“我们最近才阐明了受伤后陷阱关闭过程中的刺激反应链。现在的问题是,陷阱是否可能已经对火灾前夕的热浪做出了反应,”赫德里奇说。

JMU 研究人员的假设是正确的:直接吹向疏水阀的热风机足以使疏水阀关闭。接下来,科学家们在受控的实验室条件下进行了热实验。

热传感器在 37 和 55 摄氏度时激活

捕蝇草的捕捉器官由两半叶组成。黄寿光博士将捕集器的一半外部与珀耳帖元件接触,利用这种电热传感器,他能够通过受控电流供应选择性地设置捕集器上的不同温度。

他发现,当局部叶子温度超过 37 摄氏度时,诱捕器的加热区域会产生电脉冲,即遍布诱捕器两半的动作电位。“当温度进一步升高到55摄氏度时,第二个动作电位被触发,陷阱突然关闭,”寿光说。

但陷阱在 37 和 55 摄氏度下的反应只有在温度突然升高时才会发生,就像在快速热浪中一样。如果温度只是缓慢上升,就像在炎热的夏天一样,陷阱不会做出反应。

“与人类不同的是,食肉植物的热传感器在超过体温时不会跳变,而是对温度变化的速度做出反应,”海德里奇说。

通过测量其表面的温升并在几分之一秒内关闭捕蝇器,捕蝇草的感觉毛可以免受烧伤。潮湿的沼泽地面进一步保护它们免受过热和烧伤。这使得它能够在火灾后继续寻找动物食物。

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