恐ろしい刑務所2：フライトラップをくすぐり、食べられない方法

進化は私たちに多くの珍しい動物を与えました。それらのいくつかは非常に珍しいので、彼らの発見者は詐欺師と呼ばれていました（1797年のプラティパスの場合のように）。しかし、動物相は非標準的な種を誇ることができるだけでなく、植物相の代表的なものの中には白いカラス、つまり日当たりの良い食事をしたくないが、その日の料理としてジューシーな昆虫や他の小動物を好む植物もあります。以前、私たちは科学者が金星のフライトラップとその周辺のとげを調べた研究にすでに精通していました。..。今日、私たちはこれらのとげがどれほど敏感であるかを知る必要があります。チューリッヒ大学（スイス）の科学者は、一連の実際的な実験を実施しました。その目的は、特定の力の接触に対する金星のフライトラップの反応の速度を測定することでした。科学者はフライキャッチャーをどれだけ正確にくすぐり、どれだけ速く反応しましたか、そしてこれらの結果は略奪植物の美食の好みをどのように説明しますか？これらの質問に対する答えは、科学者のレポートにあります。行く。

研究基盤

この物語を引き延ばさないために、金星のフライトラップ（前の記事ですでに使用されていた）の説明はスポイラーの下に隠されています：





ヴィーナスフライトラップのトラップをトリガーするメカニズムの主なアイデアは、将来の獲物が30秒以内に植物の敏感な毛に2回触れる必要があるということです。それらに触れるたびに、トラップを閉じるために必要なアクションポテンシャル*が生成されます。科学者はこれを200年間信じてきましたが、理論は実践と一致していますか？



何年にもわたる研究を通じて、科学者たちは、フライキャッチャーの狩猟中に（理論的には）展開するはずのイベントのシナリオを推測してきました。

• 空腹の植物は揮発性化合物を分泌することによって昆虫を引き付けます。
• あまり精通していない昆虫が植物を探索し（無料の食べ物を期待して）、その間に6つの敏感な毛の1​​つに触れ、それによって行動の可能性（行動の可能性からのAP）を引き起こします。
• 30 , «It’s a trap!», , ;
• (, ), (C₁₂H₁₈O₃) .

その結果、以前に開いたフライキャッチャーの「花びら」が一種の胃に変わり、そこで失敗した獲物が消化されます。



この作業では、科学者は敏感な髪の機械的刺激を電気信号に変換するプロセスを詳細に検討することを決定しました。敏感な髪に触れると機械的に敏感なイオンチャネルが開くことは確かですが、これらのチャネルを特定することはまだできていません。



これらの推定チャネルが開いている間、受容体電位*（受容体電位からのRP ）が増加し、髪のたわみが十分に大きい場合、RPはAPが現れるしきい値に達します。

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画像＃1



機械的刺激と作用電位の生成を関連付ける試みは以前からありましたが、正確な測定に適した機器はありませんでした。今日レビューしている研究の場合、科学者はマイクロロボットシステムに取り付けられたMEMS *ベースの力センサーを使用して、たわみの速度と振幅を正確に制御し、同時に加えられた力（1Aと1B）を測定しました。

MEMS *（マイクロエレクトロメカニカルシステム）は、マイクロエレクトロニックコンポーネントとマイクロメカニカルコンポーネントを組み合わせたデバイスです。

画像＃2



このようにして、科学者は、毛のたわみがトラップの閉鎖につながるパラメータの範囲を正確に決定することができ、2番目の力センサーは生成された瞬間的な力を測定しました（上の画像）。

研究成果

実験中、科学者たちは、クモ、ハエ、アリ（フライキャッチャーの一般的な獲物）が敏感な髪をかなり速く偏向させることを考慮に入れました。その結果、マイクロロボットシステムはこれらの刺激を模倣するために全速力で展開されました。これにより、10〜20 rad / sの範囲の高い初期角速度が得られました。



以前の研究では、アリは敏感な髪を0.25〜7.8 rad / sの角速度で偏向させるが、ハエよりも遅いことがわかっています。したがって、使用されるパラメーターは実際のパラメーターよりも高く、Venusフライトラップの機能を評価するのに適しています。



これらの高速では、偏向の持続時間は、RPの減衰や感覚的な髪の弛緩など、関連する他の時間依存の要因よりも大幅に短くなります（1F）。



線形偏差ではなく角度偏差を考慮に入れることで、感覚毛の狭窄の場所に対する感覚プローブの接触の高さの違い、および感覚毛の異なる形状に関する違い（1B、2C、および2D）を修正することが可能になりました。したがって、1つの偏向は、角度オフセットの離散的な増加によって概算でき、APトリガーは主に角度オフセットの大きさに依存します。



1つのたわみは、獲物が髪に触れたときに発生するのと同様に、前後の角変位の組み合わせとして定義されました。各測定は、与えられた角変位θまでの間に1秒の間隔で2つの後続のたわみで構成されていました。トラップが閉じなかった場合は、待機フェーズ（2分）が続き、RPが完全にリセットされたことを確認します。正確に2分間待機しますが、それ以上/以下ではありません。これは、以前の一連の実験で、30°C未満の温度では、トラップをすばやく完全に閉じるために30〜40秒以内に髪を2回偏向させる必要があることが示されたためです。



待機段階の後、トラップ閉鎖メカニズムがトリガーされるまで、角度変位を増加させながら手順を繰り返しました（1Cおよび1D）。これは、平均変位しきい値θ= 0.18radまたは平均トルクしきい値τ=0.8μNm（n = 21）に達したときに発生しました。



科学者は、θが0.12 rad未満で、τが0.50μN・m（1E）未満の場合、トラップの閉鎖は記録されなかったことに注意します。したがって、これらの指標は、この実験の条件下でトラップの閉鎖をトリガーするために必要な角度偏差の下限です。トラップが機能するためには、昆虫が毛の先端の近くで0.5 mN、または根元の近くで5 mNの力（F）を加えなければならないことも決定できました。



AP測定は、感覚的な髪のたわみとトラップの閉鎖の間のリンクを提供しました。 2つの連続した偏差がバイアスしきい値（θ<< 0.12 rad）を大幅に下回った場合、APは観察されませんでした。変位しきい値（θ<0.12 rad）に近い偏向振幅の場合、2回目の偏向後に単一のAPが検出されました。



これは、両方の髪のたわみがRPに寄与し、AP誘導しきい値が2番目のたわみでのみ到達したことを示しています。予想どおり、トラップをトリガーするには1つのAPでは不十分でした。



各タッチがAPをトリガーするという仮定は、感覚毛のたわみが変位しきい値を超えた場合にのみ有効です。その場合、2つのAP（髪のたわみごとに1つ）が生成され、トラップが閉じました（1C）。





敏感な髪の二重のたわみにより、2つのAPとトラップが閉じます。



これらの結果は、敏感な毛の急速な偏向が、角度偏向の振幅に依存する特定のレベルまでRPを増加させることを示唆している。 RPはスタックでき、偏向しきい値を下回っている場合、複数の偏向後にAPを呼び出すことができます。ただし、タッチごとに1つのAPが生成されるのは、敏感な毛のたわみがたわみのしきい値を超えている場合のみです。



言い換えれば、アクションポテンシャルは、敏感な髪が十分に「乱された」ときにのみ生成されます。しかし、ワンショットアクションの可能性は、トラップの閉鎖をトリガーするのに十分ではありません。これは、フライキャッチャーが何かまたは誰かが髪に触れるたびにトラップを閉じるときにエネルギーを浪費しないという理論とよく一致します。そうでなければ、エネルギー（つまり栄養）が戻らないアイドルトラップがたくさんある可能性があります（獲物がなんとか逃げ出した、獲物が小さすぎる、またはまったく獲物ではなくゴミでした）。



複数の偏差を伴うRPの増加が相加的であることを考えると、髪の持続的な（長期の）変位が同様の効果をもたらす可能性があると仮定することは論理的です。



この仮説をテストするために、科学者はフライキャッチャーの敏感な髪を角変位のしきい値を超えて拒否し、30秒間その位置にロックしました（1F）。ただし、これはトラップをトリガーしませんでした。



最初の変位により単一のAPが発生し、その後、毛はたわんだままでしたが、張力はすぐにベースラインに戻りました。



持続的なバイアスがRPに寄与する場合、しきい値を超えたままである必要があります。その場合、APシリーズが期待されていました。追加の分析では、角度のずれがRPで重要な役割を果たしていることが示されていますが、静的な髪のたわみはまったく寄与していません。



以前の実験では状況が異なっていたのは不思議です。髪の毛が1回ずれると、トラップが閉じます。ただし、これは完全な単一の変位ではなく、多くの小さな変位でした。これは、髪の手動によるたわみを伴う振動が、おそらく角変位のしきい値よりも大きいためです。



研究の次の段階は、ワンタッチからトラップの閉鎖を驚くほど予測する電気機械電荷蓄積（ECB ）モデルを作成することでした。



実験中に得られたデータに基づいて、科学者はトラップが反応する角度変位と速度の限界を研究するための簡単なモデルを開発しました。



ECBモデルでは、機械的たわみにより、角速度ωと変位θの関数として電荷RPが蓄積され、電荷は連続的に放散されます。蓄積された電荷が一定のしきい値を超えた場合Q^番目の_RPを、APが発生します。さらに、別のAPがアクティブ化されるのに必要な時間間隔を表す不応期間_tRPが実装され_ています。



その結果、モデルは、偏差が速すぎるか小さすぎる場合、トラップを閉じるために2つ以上のそのような偏差が必要になる可能性があると予測しました（3Aの赤い領域）。





画像＃3



これは、APをアクティブ化するには1つの偏差では不十分であるという事実によるものです（3B）、実際の実験で示されているように（1C、中央）。



同様に、モデルは、非常に低い角速度（ω<0.04 rad / s）ではRPを満たせないことを示しました。



しかし、シミュレーションの最も予想外の結果は、中間角速度の範囲（0.04 rad / s <ω<10rad / s）の予測でした。この範囲では、トラップを閉じるために必要な2つ以上のAPをアクティブにするのに1回の偏向で十分です（3B）。



ただし、そのような予測は、金星のフライトラップトラップメカニズムがどのように機能するかという考えと矛盾します。したがって、科学者たちは、このモデルの状況が実際に実現できるかどうかを確認することにしました。





敏感な髪の単一の偏向は、トラップの閉鎖をもたらします。



驚いたことに、角速度が十分に低ければ、トラップの閉鎖は実際に毛の単一のたわみで起こりました。



これが発生する値の範囲を絞り込むために、科学者はトラップが閉じるまで、同じ感覚毛を異なる角速度で繰り返し偏向させました。トラップが回復してRPが使い果たされるまで、2つの連続する偏向の間に2分のギャップがありました。



1回の偏向でトラップを閉じるのに必要な角速度ωの下限は、各偏向後に角速度を徐々に増加させることによって決定されました（n = 17）。トラップがこの速度で閉じられなかったため、初速度は0.009 rad / s未満でした。





画像＃4



トラップがトリガーされるまで、速度を徐々に上げながら、その後の単毛偏向を実行しました（4A）。



上限は同様の方法で決定され、ω> 3 rad / sの速度で始まり、その後段階的に減少しました（n = 9）。



さらに、フォースプローブの速度を一定に保ち、0.2〜0.4 rad / sの中間角速度をもたらし、角変位θが徐々に増加する、1つのたわみ（n = 5）を使用した別の一連の実験を実行しました。毛の単一のたわみの条件下でトラップが作動するのに必要な下限θを得るためのその後のたわみの時間。



トラップの閉鎖につながるすべての単一の偏向は、トラップの閉鎖が発生しなかった以前の刺激とともに、単一の偏向が閉鎖を引き起こす領域を特定しました（4B）。



単一のたわみにより、トラップはたわみの中間角速度（0.03 rad /s≤ω≤4rad/ s）で閉じる可能性があります。しかし、低速または高速でのたわみだけでは十分ではありません。



毛髪のたわみ率がかなり低い実験では、センサーが毛根に近づいたときと、センサーが毛根から離れるときの両方でトラップがトリガーされることが示されました。





敏感な毛の単一のたわみは、最初の曲げの間に2つのAPをもたらし、トラップの閉鎖をもたらします。



プローブの接近中にトラップが閉じられると、毛髪のたわみ中に2つの連続する作用電位（4C）が観察されました。プローブの取り外し中にトラップを閉じると、1つのAPが髪のたわみの瞬間に現れ、2番目のAPはプローブの取り外し後、髪が元の位置に戻ったときに現れました（4D）。どちらの場合も、2番目のARにより、トラップが即座に閉じられました。



結論として、科学者たちはトラップの閉鎖力を測定することを決定しました（5A）。





画像番号5



48トラップの把持力Fの平均値_近くが73 MN（た5V）、値の範囲は18〜174mNでした。



これらの値は、以前に公開された値（140〜150 mN）よりも低くなっています。これには説明があります。この場合、力はトラップ閉鎖の開始時に測定され、以前の観察では、閉鎖の完了時にリーフトラップリーフレットのエッジに作用する力が測定されました。



測定された力は、トランスデューサの位置に、また、用紙の向きや大きさに大きく依存するため、閉鎖トルクτ_近いシートの中央の周り0.65 MN Mの平均値は、力（閉鎖トラップ記述するための最良の値である5Cに）。遅延時間、つまり機械的刺激からトラップが閉じ始めるまでの時間は、0.6±0.3秒でした。



研究のニュアンスについてのより詳細な知識については、以下をご覧になることをお勧めします。科学者の報告。

エピローグ

金星のフライトラップはチーターのように走らず、コブラのように致命的な毒を持っておらず、確かにフクロウのように獲物を聞きません。しかし、その狩猟メカニズムは時計のように機能するため、この植物は確かに地球上で最高の肉食動物の1つです。



この作業では、科学者は、トラップが機能するためにこれらまたはこれらのパラメーターがどうあるべきかを決定することができました。結局のところ、ほとんどの場合、トラップをトリガーするには、被害者は2つの連続したミスを犯す必要があります。最初に、フライトラップの感覚的な髪に触れます。2番目はそれをもう一度することです。



髪が最初の位置から繰り返しずれると、2番目のアクションポテンシャルが生成され、トラップを閉じるプロセスが開始されます。それにもかかわらず、シミュレーションは、特定の条件下ではワンタッチで十分である可能性があることを示していますが、実際にはこれはほとんどありそうにありません。



言い換えれば、金星のフライトラップは蚊のハンターとして機能することができますか？いいえ、これらの吸血鬼は非常に小さく、敏捷すぎるためです。しかし、フライキャッチャーはハエやカタツムリを後悔していません。



ご清聴ありがとうございました。好奇心を持ち、素晴らしい週末をお過ごしください。:)

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