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- 觸感和品味？全部都觸手可及：研究人員發(fā)現(xiàn)章魚吸盤中的傳感器如何工作
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/11/2
接觸杯子的章魚。圖片來源：Lena van Giesen
章魚捕捉了人類數(shù)百年來的想象力，啟發(fā)了斯堪的納維亞海妖傳說到電視的“海底航行”，以及最近威脅不大的Netflix“我的章魚老師”。憑借其八個(gè)吸盤覆蓋的觸手，它們的外觀非常獨(dú)特，并且能夠利用這些附件觸碰并品嘗食物，同時(shí)覓食進(jìn)一步使其與眾不同。
實(shí)際上，數(shù)十年來，科學(xué)家一直想知道這些臂，或者更確切地說是它們上的吸盤如何工作，從而促使人們對(duì)生物力學(xué)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)。但是很少有人研究分子水平上的變化。在一份新報(bào)告中，哈佛大學(xué)的研究人員瞥見了章魚手臂中的神經(jīng)系統(tǒng)（很大程度上獨(dú)立于中央大腦的運(yùn)作）如何管理這一壯舉。
這項(xiàng)工作于周四在Cell上發(fā)表。
科學(xué)家在吸盤內(nèi)的第一層細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新穎的傳感器家族，這些傳感器可以反應(yīng)并檢測(cè)在水中不能很好溶解的分子。研究表明，這些被稱為趨化感受器的傳感器使用這些分子來幫助動(dòng)物弄清它所觸摸的物體以及該物體是否是獵物。
分子和細(xì)胞生物學(xué)助理教授尼古拉斯·貝洛諾（Nicholas Bellono）表示：“我們認(rèn)為，由于這些分子不能很好地溶解，因此可以在章魚的獵物和（無論動(dòng)物接觸到的）表面上發(fā)現(xiàn)它們�！备呒�(jí)作者�！八裕�(dāng)章魚碰到巖石而不是螃蟹時(shí)，現(xiàn)在它的手臂知道了，'好吧，我在碰螃蟹，因?yàn)槲抑啦粌H有碰觸，而且還有這種味道�！�
接觸杯子的章魚。圖片來源：Lena van Giesen
此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)受體的反應(yīng)以及它們隨后傳遞給細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)具有多樣性。
貝羅諾說：“我們認(rèn)為這很重要，因?yàn)樗梢院?jiǎn)化章魚的感覺，并利用半自主的手臂神經(jīng)系統(tǒng)處理復(fù)雜的信號(hào)來處理一系列信號(hào)�！�
科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究可以幫助發(fā)現(xiàn)其他頭足類動(dòng)物（也包括魷魚和烏賊）的無脊椎動(dòng)物家族中類似的受體系統(tǒng)。希望是確定這些系統(tǒng)如何在分子水平上起作用，并回答一些有關(guān)這些生物如何適應(yīng)環(huán)境的能力而尚未探索的問題。
貝羅諾實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員莉娜·范·吉森說：“對(duì)海洋的趨化性行為知之甚少，并且以該受體家族為模型系統(tǒng)，我們現(xiàn)在可以研究哪些信號(hào)對(duì)動(dòng)物很重要以及如何對(duì)其進(jìn)行編碼�！辈⑹钦撐牡闹饕髡摺＿@些對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)化和信號(hào)編碼的見解遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了頭足類動(dòng)物�！�
除吉森外，該實(shí)驗(yàn)室的其他合著者還包括動(dòng)物技術(shù)員Peter B. Kilian和博士后研究員Corey AH Allard。
基利安說：“他們?yōu)榻鉀Q環(huán)境中的問題而制定的策略對(duì)他們來說是獨(dú)一無二的，這激發(fā)了科學(xué)家和非科學(xué)家的極大興趣�！� 人們被章魚和其他頭足類動(dòng)物吸引，因?yàn)樗鼈兣c大多數(shù)其他動(dòng)物有很大的不同。”
研究小組著手揭示受體如何感知化學(xué)物質(zhì)并檢測(cè)它們接觸的信號(hào)，例如蝸牛周圍的觸手，以幫助它們做出選擇。
章魚的手臂獨(dú)特而復(fù)雜。章魚的神經(jīng)元約三分之二位于它們的手臂中。由于手臂部分獨(dú)立于大腦運(yùn)作，因此如果手臂被切斷，手臂仍可以伸手，識(shí)別并抓住物品。
該團(tuán)隊(duì)首先確定吸盤中的哪些細(xì)胞實(shí)際進(jìn)行了檢測(cè)。在分離并克隆了接觸和化學(xué)受體后，他們將它們插入青蛙卵和人類細(xì)胞系中，以研究其分離功能。青蛙或人類細(xì)胞中不存在這些受體，因此這些細(xì)胞在本質(zhì)上就像封閉的血管一樣，用于研究這些受體。
然后，研究人員將這些細(xì)胞暴露于分子中，例如章魚獵物的提取物以及已知與這些受體發(fā)生反應(yīng)的其他物品。一些測(cè)試對(duì)象是水溶性的，如鹽，糖，氨基酸；其他的則不能很好地溶解，并且通常不會(huì)被水生動(dòng)物所關(guān)注。令人驚訝地，僅難溶性分子激活受體。
研究人員在吸盤內(nèi)部的第一層細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新穎的傳感器家族，這些傳感器可以反應(yīng)并檢測(cè)在水中不能很好溶解的分子。圖片來源：Lena van Giesen
然后，研究人員回到實(shí)驗(yàn)室中的章魚，看看他們是否也通過將同樣的提取物放在它們的水箱地板上來對(duì)這些分子做出反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)章魚受體唯一能響應(yīng)的氣味是一類非溶解性天然化學(xué)物質(zhì)，即萜類分子。
貝羅諾說：“章魚只對(duì)地板上注入了該分子的那部分有很高的反應(yīng)能力�！� 這使研究人員相信，他們確定的受體會(huì)吸收這些類型的分子，并幫助章魚區(qū)分它所觸摸的東西�！袄冒胱灾魃窠�(jīng)系統(tǒng)，它可以迅速做出以下決定：'我會(huì)收縮并抓住這只螃蟹還是繼續(xù)尋找？”
盡管該研究通過章魚的趨化性受體為章魚的這種水生觸覺感覺提供了分子解釋，但研究人員建議需要進(jìn)一步的研究，因?yàn)樵S多未知的天然化合物也可以刺激這些受體介導(dǎo)復(fù)雜的行為。
貝洛諾說：“我們現(xiàn)在正在嘗試研究這些動(dòng)物可能檢測(cè)到的其他天然分子�！�
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