捕蠅草快速合攏關鍵在葉片外層細胞壁。圖/美聯社、法新社
編譯/潘楠慕
捕蠅草擁有自然界令人驚嘆的誘捕陷阱,連著名生物學家達爾文(Charles Darwin)也困惑,其葉片為何能如此快速合攏。長久以來的看法認為,可能是靠葉片細胞內水分快速流動。但是一份近期發表的法國研究提出另一種新觀點:關鍵在葉片外層細胞壁。
法國國家科學研究中心(CNRS)物理學家佛泰爾(Yoёl Forterre)指出,達爾文當年甚至一度以為,捕蠅草或許有類似肌肉的構造,使其葉片能瞬間合攏。但是植物既無肌肉、也沒有神經,葉片如何快速動作一直是個謎。
捕蠅草每片捕蟲葉分成兩瓣,每瓣內側通常有觸發毛。過去的研究顯示,觸發毛被觸碰而彎折時,會促發電流訊號在0.1秒內傳遍兩瓣葉片,這套機制十分敏感,光是水滴就能觸發,一旦誤觸就得等次日才會重新張開,若有昆蟲落入陷阱,更得耗上數周,等待捕蠅草分解獵物。
為了測量葉片闔上前後的力學變化,佛泰爾和研究團隊設法固定葉片,讓陷阱仍能被觸發,但不會完全合攏,再以奈米壓痕儀的金屬探針輕戳葉片外側測量硬度變化。這樣的設計讓研究人員能在陷阱啟動瞬間,觀察原本會被其迅速動作掩蓋的細微變化。
觀察發現,陷阱被觸發後,葉片外層細胞壁立刻軟化;進一步測量葉片形狀顯示,合攏並非葉片細胞內水分流動,導致細胞縮小或塌陷,而是細胞壁變得更柔韌,釋放葉片的彈力,佛泰爾形容,類似半球形彈跳玩具受力後突然向反方向彈起。
這份研究報告在《科學》(Science)期刊發表。佛泰爾指出,「令人驚訝的是,植物細胞壁竟能如此迅速調整其力學特性」,這也顯示,植物感測周遭環境、傳遞訊息、反應與防衛的能力,超過人們過去的認知。