作者 | 李晨陽
媽媽總想給孩子最好的，果蠅也不例外。
自然界裡，雌性果蠅喜歡挑選軟爛的水果產卵，讓孩子們一出世就能「泡在蜜罐」裡。同時，水果較軟的表面質地也方便它們把產卵器插進去。早期研究證明水果芳香的化學味道可以激發果蠅的產卵行為，那麼柔軟的質感是不是也可以呢？
近日發表在《當代生物學》上的一項研究，揭示了果蠅通過機械力感受機制選擇「產房」的秘密。
喜軟怕硬，憑什麼？
「一直以來，研究動物嗅覺和味覺的工作很多，而研究觸覺的則比較少。」論文第一作者及通訊作者、清華大學生命學院博士後張立偉告訴《中國科學報》。
果蠅的產卵行為同時受到化學信號和機械信號影響，在自然界，這兩個變量難以分開，只有在實驗室裡才能探究分明。
研究人員把圓形培養皿分為4個扇形格子，以對角線上的兩個格子為一組。在兩組格子中，分別加入不同濃度的瓊脂糖凝膠，質地較軟的部分相當於爛香蕉，較硬的部分則相當於一般成熟果實。結果幾乎所有果蠅都選擇在更軟的那一組產卵。
「我們特地遴選了從0.25%到0.5%的瓊脂糖濃度進行試驗，基本上模擬了水果逐漸成熟的狀態。即便硬度的差異並不是很大，果蠅還是會準確地選擇它們最喜歡的『爛香蕉』，說明它們的機械感受系統非常敏銳。」張偉說。
當一隻雌性果蠅站在一個有可能作為產卵場的地方時，她有很多器官可以感受到機械應力：腿足、唇瓣和產卵器。那麼，究竟是什麼在起作用？
先摸後嘗，為什麼？
經過觀察，科學家發現，果蠅會先用足試探，發現硬度不合適就立刻飛走。如果滿意，就再用唇瓣確認一下。
更精妙的是，腿足和唇瓣這兩個觸覺器官辨別的硬度範圍是不一樣的：腿足主要粗略判斷較大的硬度差，而唇瓣則能分辨更精微的區別，比如0.25%到0.3%瓊脂糖濃度下的軟硬差異。
「這就解釋了雌果蠅『先摸後嘗』的行為機制，還是挺神奇的。」張立偉說。
科學家需要搞清楚的是這些器官上的哪些結構、分子、離子通道在起作用，又產生了怎樣的信號轉導。
研究發現，果蠅的唇瓣做出如此精準的判斷，只需要兩個細胞。這兩個細胞上至少可以表達兩種已經報導過的機械敏感離子通道蛋白：Inactive和Nanchung。這項研究第一次證明這兩種蛋白可以同時存在於果蠅嘴上的兩個神經細胞內。
而在果蠅的腿足上，也標記了許多機械感受神經元，能夠分別感知不同的硬度。也就是說，即便是同一條腿，在接觸不同硬度時，也會激活不同的細胞，隨之在神經系統激活不同的響應通路。
而在這些細胞中敲降相關的機械敏感蛋白表達量，可以讓果蠅對這些硬度的判斷力明顯下降。
「同時研究結果也暗示，可能還有我們不知道的信號通路存在。為弄清這個問題，接下來我們的團隊成員會繼續跟進這個項目。」張立偉說。
研究觸覺，做什麼？
「這項工作使我們加深了對於動物感知和編碼外界機械力刺激神經基礎的理解，為闡明中樞神經系統處理外周機械信號的神經環路機制奠定基礎。」本文通訊作者、清華大學生命學院研究員張偉告訴《中國科學報》。
那麼，對機械力感知神經機制的研究，能解答哪些重要問題？
張立偉表示，對機械力感受的研究有很重要的仿生學意義。在人工智慧時代，機械臂將承擔越來越多的工作，隨著對觸覺等精妙感受認識的深入，有可能研發出反應更加敏銳、動作更加精細的機械臂。
此外，很多慢性疼痛患者，他們的痛苦一部分來自於外周機械信號的過度發放，這一領域的研究有助於找到更多應對疼痛的方法。
「與嗅覺、味覺等化學感受相比，觸覺感受的作用機制可能更加複雜。」張立偉說，「哪怕對一個硬度的判斷，也需要平行的多條信號通路同時接收信息，最終由大腦統籌整合。大腦如何處理這些複雜來源的信息，是一個非常重要的問題，也是我們下一步要研究的方向。」
來源：中國科學報