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研究:无耳线虫能感知并对声音做出反应
时间:2021-09-26 16:03:18

据外媒报道, 密歇根大学生命科学研究所的一项新研究表明,一种被广泛应用于生物学研究的线虫,尽管没有类似耳朵的器官但却能感知并对声音做出反应。 这些发现于2021年9月22日发表在《Neuron》上,这为研究听觉背后的遗传机制提供了一种新的生物学工具。

在生命科学研究所Shawn Xu的实验室里,研究人员已经利用秀丽隐杆线虫研究感觉生物学超过15年了。当他的实验室开始这项工作时,这些毫米长的线虫被认为只有三个主要感官:触觉、嗅觉和味觉。

Xu的实验室已经证实,线虫虽然没有眼睛但仍能感知光线,并且在运动时也能感知自己的身体姿势(也被称为本体感觉)。

LSI研究教授、该研究的资深作者Xu说道:“只是少了一个主要感觉--听觉。但听觉不同于其他的感官,其他的感官在其他动物门中广泛存在。它只在脊椎动物和一些节肢动物身上发现过。因此,绝大多数无脊椎动物被认为对声音不敏感。”

然而科学家们发现,线虫对空气传播的声音的反应范围在100赫兹到5千赫兹之间,这一范围比一些脊椎动物能感知的范围还要宽。当播放这个范围内的一种音调时,线虫会迅速离开声音的来源,这表明它们不仅听到了音调还能感知它的来源。

研究人员进行了几项实验以确保线虫对空气传播的声波做出反应,而不是蠕虫栖息的表面振动。Xu认为,线虫不是通过触觉“感受”振动,而是通过充当一种全身耳蜗来感知这些音调。耳蜗是脊椎动物内耳中充满液体的螺旋状空洞。

线虫有两种类型的听觉神经元,它们跟线虫的皮肤紧密相连。当声波撞击到线虫的皮肤时,它们会振动皮肤,这反过来可能会导致线虫体内的液体振动,就像液体在耳蜗中的振动一样。这些振动激活了线虫皮肤上的听觉神经元,然后将振动转化为神经脉冲。

由于这两种神经元分布在线虫身体的不同部位,线虫可以根据哪个神经元被激活来探测声源。这种感觉可以帮助线虫探测和躲避捕食者,许多捕食者在捕猎时发出可听见的声音。

这项研究提出了一种可能性,即其他无耳但有柔软身体的动物可能也能感知声音。

“我们的研究表明,我们不能仅仅假设没有耳朵的生物就不能感知声音,”Xu说道。他是密歇根大学医学院的分子和综合生理学教授。

虽然线虫的听觉确实跟脊椎动物的听觉系统有一些相似之处,但这项新研究揭示了与脊椎动物或节肢动物感知声音的重要区别。

“基于这些存在于分子水平的差异,我们相信听觉可能已经在不同的动物门中多次独立进化。我们知道脊椎动物和节肢动物的听觉看起来非常不同,”Xu说道。

“现在,对于秀丽隐杆线虫,我们发现了另一种不同的感觉功能的途径,表明收敛进化。这与查尔斯·达尔文提出的视觉进化形成了鲜明的对比,而视觉进化在相当早的时候就发生了且可能只有一次是与一个共同的祖先发生的。”

现在秀丽隐杆线虫的所有主要感官都已被观察到,Xu和他的同事们计划进一步研究驱动这些感官的遗传机制和神经生物学。

他说道:“这为研究听觉和整体机械感觉打开了一个全新的领域。有了这个新的听觉,我们现在已经完全确定线虫的所有初级感觉都存在,使它们成为研究感觉生物学的一个特殊模型系统。”

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