捕蠅草的捕蟲機制
- 捕蠅過程
捕蠅草的捕蟲過程大概是所有食蟲植物之中最為奇特，捕蟲機制最為復(fù)雜的。捕蠅草的捕食構(gòu)造是由一左一右對稱的葉片所形成的夾子，這個夾子狀的構(gòu)造是由葉子特化而來的，至于連接捕蟲器葉片狀的構(gòu)造是葉柄。捕蟲夾上的外緣排列著刺狀的毛，乍看之下很銳利，會刺人，但其實這些毛很軟。這些毛的功能是用來防止被捕的昆蟲逃脫。當(dāng)捕蟲夾夾到昆蟲時，這些夾子兩端的毛正好交錯，而成為一個牢籠，使蟲無法逃走。捕蟲夾內(nèi)側(cè)呈現(xiàn)紅色，仔細(xì)觀查會發(fā)現(xiàn)上面覆滿許多微小的紅點，這些紅點就是捕蠅草的消化腺體。在捕蟲夾內(nèi)側(cè)可見到三對細(xì)毛，這細(xì)毛便是捕蠅草的感覺毛，用來偵測昆蟲是否走到適合捕捉的位置。大多數(shù)的捕蟲器只帶有五對感覺毛，但也可能產(chǎn)生多出一根到數(shù)根感覺毛的捕蟲器。
捕蟲方式
食蟲植物的習(xí)性大致上分為以下四步驟：①引誘昆蟲→②捕捉昆蟲→③利用消化液來分解與吸收→④利用吸收到的養(yǎng)份來維持生長。不過并不是所有的食肉植物都是經(jīng)過如此完整的過程，例如有些同類型的植物并不分泌出消化液，而是借由各種微生物來分解后吸取養(yǎng)份的。而捕蠅草在這個部份屬于比較高等，具備相當(dāng)完整過程的食肉植物。
捕蠅草的葉緣部份含有蜜腺，會分泌出蜜汁來引誘昆蟲靠近。當(dāng)昆蟲進(jìn)入葉面部份時，碰觸到屬于感應(yīng)器官的感覺毛兩次，兩瓣的葉就會很迅速的合起來。生長于葉緣上的刺毛是屬于多細(xì)胞突出物，沒有彎曲的功能。當(dāng)葉子很快速的閉合將昆蟲夾住時，刺毛就會緊緊相扣的交互咬合，其目的就是防止昆蟲脫逃。
訊號傳遞
捕蟲的訊號并非直接由感覺毛所提供。在感覺毛的基部有一個膨大的部分，里面含有一群感覺細(xì)胞。感覺毛的作用有如杠桿，昆蟲推動了感覺毛，使得感覺毛壓迫感覺細(xì)胞，感覺細(xì)胞便會發(fā)出一股微弱的電流，去通告捕蟲器上所有的細(xì)胞。由于電流會四散向整個捕蟲夾，所以引發(fā)閉合并不需要觸碰同一根感覺毛，只要在同一捕蟲夾中任兩根感覺毛發(fā)出電流，便能引發(fā)閉合運動。當(dāng)然，感覺毛所發(fā)出的電流僅影響其所在的捕蟲夾，不會干擾到同一植株上其他捕蟲夾的運作。
在受到刺激之前，捕蟲夾呈60度角張開著，當(dāng)受到昆蟲刺激時，捕蟲夾以其葉脈為軸而閉合。捕蟲夾的閉合與捕蟲夾上的細(xì)胞收縮有關(guān)。當(dāng)捕蟲夾上的細(xì)胞得到感覺細(xì)胞所發(fā)出的電流，其內(nèi)側(cè)的細(xì)胞液泡便快速失水收縮，使得捕蟲器向內(nèi)彎，因而閉合。
捕蟲夾的閉合
捕蟲夾的閉合是一個精確的控制過程。此過程最初是在昆蟲碰到位于夾子上的感覺毛時開始的。引起閉合的條件為一個捕蟲器中，任意一根感覺毛被觸碰到兩次，或是分別觸碰到兩根感覺毛。觸碰感覺毛的時間間隔對于閉合有決定性的影響：假如兩次的觸碰間隔在20～30秒內(nèi)則能閉合，超過這段時間則需要有第三次成功的刺激才會閉合。捕蟲器需要兩次的刺激，為的是確認(rèn)昆蟲已經(jīng)走到適當(dāng)?shù)奈恢谩．?dāng)捕蟲器受到第一次的刺激時，此時昆蟲只是稍微走入捕蟲器；若捕蟲器就閉起來，只不過夾住昆蟲的一部分，那么昆蟲能夠逃脫的機會便很大。當(dāng)捕蟲器受到第二次的刺激時，此時昆蟲差不多也走到捕蟲器的里面，這時閉起的捕蟲器便能將昆蟲確實地抓住，關(guān)在捕蟲器之中。
閉合的過程分為兩個階段。第一階段，夾子快速關(guān)閉，以便捕到昆蟲，此時捕蟲夾只是夾住昆蟲而已；第二階段，捕蟲夾向內(nèi)收縮，以便使捕蟲夾的內(nèi)側(cè)能夠盡量貼近昆蟲，這時，捕蟲器已經(jīng)完全緊閉，不留一點縫隙。之后，夾子關(guān)閉數(shù)天到十?dāng)?shù)天，此時昆蟲被分布于捕蟲器上的腺體所分泌的消化液消化。昆蟲被消化完后，捕蟲器會再度打開，等待下一個獵物；剩下無法被消化掉的昆蟲外殼，便被風(fēng)雨所帶走。第二階段需要昆蟲的掙扎才能進(jìn)行，因為這樣才代表捕蟲器所捉到的確實是昆蟲，是活的獵物。捕蠅草有時會誤捉到枯枝、落葉，如果少了這項確認(rèn)機制，必然會將養(yǎng)分浪費在消化無法消化掉的雜物上。若捕蟲器誤捉到雜物，只要沒有持續(xù)的刺激，在數(shù)小時之后便會重新打開捕蟲器，等待下一個獵物。
消化與吸收
當(dāng)捕獲到昆蟲被兩瓣葉片給夾住后而無法掙脫，昆蟲在掙扎的過程中葉片會越夾越緊直到幾乎密閉的狀態(tài)，這時兩片葉瓣內(nèi)側(cè)密集的內(nèi)腺體會分泌出消化液，利用這些消化液中含有的蛋白酶，將昆蟲的蛋白質(zhì)分解成以氮、氧、碳、氫為主，還可能包括其他元素構(gòu)成的氨基酸并進(jìn)行吸收。一般大約四天左右能分解完成并吸收較易消化的部份，之后再繼續(xù)吸收剩余的氮、磷以及其它各種所需的微量元素。這些養(yǎng)份都吸收完畢之后，葉瓣就會再度打開，全部時間大約需花5～10天的程度，這時昆蟲只剩下由幾丁質(zhì)組成的空殼殘骸。
不過捕蠅草并無法分辨出所捕獲之物的大小，有時也可能捕獲到與葉片大小差不多的獲物，例如小型青蛙或是長腳蜂之類。這時往往會造成來不及分解吸收，而獲物自體就先腐敗，所以葉片就會出現(xiàn)像食物中毒一般而枯萎。另外，每個葉片大約可以捕捉12～18次，消化3～4次，超過這個次數(shù)葉子就會失去捕蟲能力，為最后的光合作用做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，然后漸漸枯萎。
奧妙的自然神秘
當(dāng)昆蟲采蜜時第一次接觸到感覺毛后葉片并不會有什么動作，但是如果連續(xù)刺激兩次，那葉片就會在平均大約0.5秒以內(nèi)馬上合起來（但是一些人工園藝品種達(dá)不到這個速度）。而如果第二次碰觸的時間與第一次碰觸時間相差超過約20秒時，葉片會變成半合閉或是沒反應(yīng)的現(xiàn)象。如果在這時馬上再刺激第三次，那葉片也會迅速的合起來。
經(jīng)過實驗調(diào)查，捕蠅草的感覺毛就像是一個感應(yīng)裝置，經(jīng)過連續(xù)兩次碰觸的刺激時，葉的基部會產(chǎn)生大約100毫伏（mV）的活動電位（Action potential）到葉子表面上，造成葉片內(nèi)側(cè)的水分迅速流失，導(dǎo)致內(nèi)外壓力不等所以葉片就因此閉合。這樣的捕蟲機制是一組相當(dāng)精密的結(jié)構(gòu)搭配，而且刺激感覺毛就像是設(shè)定了定時裝置一樣，等到第二次確認(rèn)才會閉合，最主要是為了提升捕蟲的準(zhǔn)確性，否則的話如雨滴、動物經(jīng)過時均會降低并影響其捕蟲的效率。
經(jīng)由植物研究者確認(rèn)了捕蠅草會發(fā)出活動電位這樣有機制的機關(guān)，就類似動物的神經(jīng)組織會產(chǎn)生傳輸信息一般。不過因為這必須連續(xù)碰觸兩次才會產(chǎn)生，也就是說應(yīng)該還有個可以記憶的組織。至今依然還不清楚這樣的記憶是如何在捕蠅草中運作的，這是一個未解之謎。
關(guān)閉力量
美國Oakwood大學(xué)的研究人員利用靈敏的壓電傳感器測出Venus捕蠅草的葉片在被觸發(fā)關(guān)閉時瞬間，其力量大小平均為149mN，壓力大約為41kPa。而在當(dāng)被捕獲到昆蟲掙脫的過程中，其葉片產(chǎn)生的力量大小最大可達(dá)450mN，壓力達(dá)9 kPa。這樣的力量和壓力下，一般的小昆蟲很難有機會逃出。不過人工品種要略低于這個數(shù)值。
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