Science：捕蝇草“无肌”快捕之谜破解——细胞壁瞬间软化，释放弹性储能

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Science：捕蝇草“无肌”快捕之谜破解——细胞壁瞬间软化，释放弹性储能5 k+ v5 A% w6 d0 [  b' l
来源：生物谷原创 2026-06-18 14:35
- N1 n% S; w+ ?发现揭示了一种基于材料特性动态调节的植物运动模式，为无肌肉、仿生驱动的原理提供了思路。% m5 ?, X) r) M
捕蝇草（Dionaea muscipula）是自然界的一个奇迹：它是一种高效的杀手，无需移动一寸就能捕获并杀死猎物。它会释放出果味的蜜汁气味来吸引苍蝇和其他昆虫。当它们落入陷阱后，微小的触毛被触发，叶片以惊人的速度闭合。3 m, R- ~) X( h5 g; f+ Y
捕蝇草的叶子经过进化形成了一种“双稳态”结构。在打开状态，叶片向外弯曲，储存弹性势能。当触发时，叶片快速“弹跳”到闭合状态（类似按一下圆顶盖）。传统理论认为这是通过水分迅速从内侧移动到外侧，导致叶片弯曲。但水的扩散速度远低于实际闭合速度（约 0.1 秒）。: \4 V% I* ?/ L" Y7 p% H( b
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几十年来，确切的机制一直困扰着科学家，但一项发表在《科学》（Science）杂志上的新研究为这种食虫植物如何做到这一点提供了新的解释。智利阿道夫·伊巴涅斯大学的 Jacques Dumais 在同一期期刊上撰写了一篇观点文章。
0 f3 H$ I2 _# J) Q推翻“水理论”" \! s, _+ r9 _& D! X; Q& c$ f+ O( t
法国艾克斯-马赛大学的 Yoël Forterre 及其同事决定测试主流理论，该理论认为水从陷阱的一侧移动到另一侧，导致叶片弯曲并闭合。
# w! b) W; e# L5 p于是，他们设计了一个实验来测量水通过捕蝇草细胞的速度，发现水穿过叶片整个厚度需要 30 到 150 秒。然而，由于陷阱在几分之一秒内就闭合了，水的运输速度实在太慢，无法驱动这一运动。
6 h, V- m: J; b/ O( \# G& Y, b' s没有肌肉的植物如何快速闭合？
" ?& n! P" A. _/ o0 c( P$ Y1 v* ]为了理解是什么在驱动闭合，研究团队首先使用高速 3D 摄像机拍摄了闭合过程。然后，为了观察叶片细胞在整片叶子没有猛然关闭情况下的运动，他们将陷阱切成细条或用机械方式夹住使其保持张开状态。结果发现，陷阱潜在弯曲运动需要 3 到 4 秒，但叶片的弯曲形状迫使它在不到一秒的时间内关闭。' i9 g; p7 P" X5 ~3 l! o
接下来，科学家使用微型探针测量了触发事件之前、期间和之后单个细胞的机械硬度。他们发现，外部细胞突然失去了硬度，这意味着要么细胞内部的流体压力下降，要么细胞壁松弛了。
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最后，团队利用叶片层的 3D 表面扫描和计算机模型，观察这些细胞如何改变形状。他们发现，触发后细胞向外凸出得更多，证实了硬度的降低是由于细胞壁快速软化，而不是水压的丧失。  Y) A8 A9 U% P( I, l
“闭合发生得太快，无法用水运输来解释，这揭示了一种独特的非水力机制：表皮细胞壁的快速（约一秒）软化，释放储存在陷阱中的弹性势能。”科学家们在论文中写道。“我们的发现揭示了一种基于材料特性动态调节的植物运动模式，为无肌肉、仿生驱动的原理提供了思路。”
- E9 [2 u8 J# L虽然研究人员表明外表面表皮细胞壁的快速软化了陷阱闭合的控制因素，但确切的生化触发因素仍然是一个谜。（生物谷Bioon.com）
  u) }% ^1 w( J参考文献：' j8 p8 M* L) o
Jeongeun Ryu et al, Fast cell wall softening causes Venus flytrap closure, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aed5051.
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