新生物电子技术绘制植物的快速电信号

　　

当捕蝇草捕捉到昆虫时，它的内部发生了什么?新技术已经发现了导致陷阱突然关闭的电信号。生物电子技术使深入研究植物对环境和压力的反应成为可能。

大多数人都知道人类和其他动物的神经系统会发出电脉冲。但是，即使植物没有神经系统，它们也有电信号吗?是的，植物有电信号，是对触摸和压力因素的反应，比如食草动物造成的伤口和对其根部的攻击。与动物可以让路不同，植物必须在生长的地方应对压力因素。

“目前非常需要开发更具抗逆性的植物，以便我们能够在未来种植粮食并拥有健康的森林。这就是为什么我们了解植物如何应对压力是很重要的，我认为这项新技术可能会在这个研究领域做出贡献，”电子植物小组组长Eleni Stavrinidou说。

事实证明，在一些植物中，电信号与快速运动有关。食肉植物捕蝇草(Dionaea muscipula)被研究人员用作植物快速电信号的模型系统。

捕蝇草的内侧有小的感应毛。一根头发的弯曲，比如昆虫的弯曲，可能会导致陷阱啪的一声关上。被捕获的动物会被陷阱中的一种酶分解，植物会吸收其中的营养。但要关闭陷阱，感应毛需要在30秒内被触摸两次。这样一来，除了潜在的猎物之外，每次毛发受到刺激时，植物就不会突然闭合，从而节省能量。

生物体内的电信号是基于细胞内部和外部环境之间的电压差异。当离子(即带电原子)在电池内外移动时，就会产生这种电压差异。当一个信号被触发时——例如，通过弯曲感觉毛发的机械刺激——离子就会以非常快的速度流过细胞膜。电压的快速变化产生了一个被传播的脉冲。

关于人类和其他动物的神经冲动是如何起作用的，我们已经有了足够的知识。但对于没有神经系统的植物来说，还有很多有待发现。

在他们发表在《Science Advances》杂志上的研究中，研究人员展示了一种多电极阵列技术，用于检测捕蝇草中电信号的出现和传播。研究人员将这项技术用于动物神经科学研究。

这种新研制的测量装置由一层极薄的薄膜和电极组成。由于它大致和用来覆盖食物的保鲜膜一样薄，它沿着植物叶的外部弯曲。研究人员拨动了一根感应毛，用大约30个电极测量了脑叶中的信号。他们还拍摄了植物的运动，以便能够将电信号与捕蝇草关闭联系起来。

在以前的研究中，通常只使用一个测量点，这既不能确定信号的来源，也不能确定信号的传播方向。

“我们现在可以肯定地说，电信号起源于捕蝇草的感觉毛发。通过我们的技术，我们还可以看到信号主要从头发径向传播，没有任何明确的方向，”Eleni Stavrinidou说。

新的测量技术还可以让研究人员发现新的信息。

“我们可以测量整个陷阱的信号，我们看到信号有时是自发的，来自没有受到刺激的感觉毛。这很有趣，我们还不知道为什么会这样，也不知道函数是什么。这项研究最重要的一个方面是，我们证明了广泛用于生物医学研究的生物电子技术也可以应用于植物生理学研究，从而为新发现开辟了可能性。”Eleni Stavrinidou说。