显微镜下的蠕虫利用电力,像电动汽车一样搭乘大黄蜂

授粉者和出租车集于一身。
Bumblebee pollinator over red and orange flowers
大黄蜂可以探测到它们授粉的花朵周围的电场。Deposit Photos

鼬鼠到猴子再到苍鹭,体型较小的动物搭乘或蹭搭在其他生物上来获取移动方式相当普遍。这有助于小型生物在长距离内节省能量,但一些昆虫可以利用电场来帮助它们启动。

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6月21日发表在《当代生物学》杂志上的研究中,研究人员发现微小透明的秀丽隐杆线虫 (C. elegans) 蠕虫如何利用电场在实验室的培养皿中“跳跃”,或者在野外跳到一些昆虫和其他动物身上。这些电场使它们能够滑翔穿过空气,然后附着在带有电荷的授粉者身上。从本质上讲,大黄蜂是大自然终极的电动汽车之一。

“授粉者,如昆虫和蜂鸟,已知会带电,并且人们认为花粉被授粉者和植物形成的电场所吸引,”共同作者、广岛大学生物物理学家杉田拓马在声明中表示。“然而,电场是否用于不同陆地动物之间的相互作用尚不完全清楚。”

该研究的团队开始调查这种电驱动的交通方式,是因为他们注意到在实验室培养的蠕虫最终出现在了培养皿的盖子上,而不是它们放置的琼脂上。培养皿是微生物学家用来制作细菌培养区域的凝胶状物质,用于研究秀丽隐杆线虫等微生物,后者是一种线虫。

团队给蠕虫连接了摄像头进行观察,发现蠕虫是从培养皿底部跳到盖子上的,而不是仅仅爬上培养皿的侧壁。为了进一步研究,他们将蠕虫放在玻璃电极上,并注意到一旦施加电荷,蠕虫就会跳到另一个电极上。它们的跳跃速度大约是人类的步行速度(0.86米/秒),并且随着电场强度的增加而加快。

为了更好地模拟自然电荷,团队随后用花粉摩擦了大黄蜂。一旦蠕虫靠近了可能的“大黄蜂司机”,它们就会竖起尾巴并跳上去。有些蠕虫甚至堆叠在一起,形成一条长列跳跃,就像蚂蚁协同合作搭桥一样。通过这种方法,一次可以转移80条蠕虫跨越间隙。

一条蠕虫沿着电场跳上一只大黄蜂。《当代生物学》/Chiba et al.

“蠕虫竖起尾巴是为了减少身体和基质之间的表面能,从而更容易附着在其他经过的物体上,”杉田说。“在长列中,一条蠕虫可以携带多条蠕虫,然后这条蠕虫就会起飞,在电场中转移,同时携带整个长列的蠕虫。”

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秀丽隐杆线虫可以附着在其他昆虫和蜗牛身上搭乘,但由于这些动物不像授粉者那样带有电场,它们必须直接接触动物才能跳上去。这些蠕虫也可以跳到有翅昆虫身上,但由于它们微小的体型,秀丽隐杆线虫如何跨越如此长的距离尚不清楚。根据研究,有翅昆虫在飞行时会自然累积电荷,从而产生秀丽隐杆线虫可以沿行的电场。

团队仍然不确定秀丽隐杆线虫是如何进行这种行为的,但有可能遗传基因起着作用。在观察与秀丽隐杆线虫密切相关的蠕虫时,研究人员注意到,那些无法感知电场的突变体比正常蠕虫跳跃的次数少。需要进一步研究来确定具体是哪些基因控制着这些跳跃行为,以及还有哪些其他微生物可以利用电来移动。

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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