在動(dòng)物王國(guó)中蒼蠅的眼睛具有最快的視覺(jué)反應(yīng)，然而其是如何實(shí)現(xiàn)的一直以來(lái)是一個(gè)謎。一項(xiàng)新研究顯示它們的快速視覺(jué)可能是由于它們的感光細(xì)胞對(duì)光產(chǎn)生物理收縮的結(jié)果。這一機(jī)械力隨后生成的電反應(yīng)以比我們自身眼睛快得多的速度傳送到大腦。我們的眼睛是利用常規(guī)的化學(xué)信使來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)。這一研究在線發(fā)表在10月12日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

過(guò)去人們認(rèn)為負(fù)責(zé)產(chǎn)生感光細(xì)胞電反應(yīng)的離子通道是被化學(xué)信使激活，通常在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路中是這種情況。然而，這些結(jié)果表明負(fù)責(zé)感光細(xì)胞電反應(yīng)的光敏離子通道有可能通過(guò)收縮激活，這是針對(duì)蒼蠅眼睛感光秘密獲得的一個(gè)驚人的答案，以及細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的一個(gè)新概念。

論文的主要作者、劍橋大學(xué)生理學(xué)系Roger Hardie教授說(shuō)：“談?wù)撝械碾x子通道稱作‘瞬時(shí)受體電位’(transient receptor potential,TRP)通道，我們最初是在上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)它是一種光敏通道?，F(xiàn)在它被視作是基因組中最大離子通道家族之一的基礎(chǔ)成員，這些密切相關(guān)離子通道在我們的全身發(fā)揮至關(guān)重要的作用。因此，TRP通道日益被視作是許多病理情況，包括疼痛、高血壓、心肺疾病、癌癥、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和腦缺血等的潛在治療靶點(diǎn)。我們因此希望這些新結(jié)果有可能具有超越蒼蠅眼睛的其他意義?！?/SPAN>

蒼蠅的視覺(jué)如此的快速以致于它們追蹤移動(dòng)的速度比我們自己的眼睛要快5倍。這一性能是利用微絨毛感光細(xì)胞獲得，在這些細(xì)胞中感光膜是由稱作微絨毛的微小管狀膜突出構(gòu)成。在每個(gè)感光細(xì)胞中，數(shù)萬(wàn)的微絨毛填充在一起形成一種長(zhǎng)棒狀結(jié)構(gòu)，充當(dāng)光導(dǎo)管吸收入射光。每個(gè)微絨毛還具有生物化學(xué)機(jī)器，將吸收光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡姺磻?yīng)發(fā)送到大腦——這一過(guò)程就稱作光信號(hào)傳導(dǎo)。

在所有感光細(xì)胞中，光信號(hào)傳導(dǎo)是通過(guò)一種視色素分子（視紫質(zhì)）吸收光作為開(kāi)始。在微絨毛感光細(xì)胞中，這導(dǎo)致了稱作磷脂酶C（PLC）的一種特異酶激活。PLC是一種普遍存在且研究深入的酶，能夠裂解來(lái)自細(xì)胞膜特異脂質(zhì)元件的一個(gè)大的部件("PIP2")，將較小的膜脂(DAG)留在它的位置。

以某種方式這種酶反應(yīng)導(dǎo)致了微絨毛膜中的“離子通道”開(kāi)放；一旦打開(kāi)，這些會(huì)使得諸如Ca2+和Na+等正電荷離子流入細(xì)胞因此產(chǎn)生電反應(yīng)。這一基本的事件順序已經(jīng)被確立超過(guò)20年，但確切PLC酶活性如何引起通道的活性長(zhǎng)期以來(lái)是一個(gè)謎，也是感官生物學(xué)一個(gè)重要的懸而未決的問(wèn)題。

Hardie教授說(shuō)：“傳統(tǒng)的看法認(rèn)為這一酶活性產(chǎn)物之一的一種化學(xué)‘第二信使’結(jié)合并激活了這一通道。然而過(guò)去多年的研究都沒(méi)有找到令人信服的證據(jù)證實(shí)這樣一種簡(jiǎn)單的機(jī)制。”

新研究利用果蠅揭示了這一謎題不尋常的意料之外的答案。關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是感光細(xì)胞對(duì)閃光做出了物理收縮反應(yīng)。這一收縮既小且快，因此需要“原子力顯微鏡”才能檢測(cè)它們。其揭示收縮甚至快于細(xì)胞的電反應(yīng)，似乎是由PLC活性直接引起。

研究人員認(rèn)為PLC酶裂解膜脂PIP2減少了膜面積，由此增加了膜的張力，引起每個(gè)微絨毛對(duì)光做出收縮反應(yīng)。成千上萬(wàn)微絨毛一起同時(shí)發(fā)生了收縮導(dǎo)致了整個(gè)細(xì)胞的收縮。

論文的共同作者、劍橋大學(xué)的Kristian Franze博士說(shuō)：“我們認(rèn)為在每個(gè)微絨毛中膜張力的增加直接對(duì)光敏通道起了作用。換句話說(shuō)，并非利用傳統(tǒng)的化學(xué)第二信使，通道是通過(guò)機(jī)械被激活?！?/SPAN>

在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)突變減少天然光敏通道，并用機(jī)械敏感通道替代，這一概念得到了證實(shí)。值得注意的是，這些感光細(xì)胞仍然對(duì)光做出反應(yīng)生成了電信號(hào)，不過(guò)現(xiàn)在是由異位機(jī)械敏感通道激活所接到。為了檢測(cè)天然的光敏通道是否受到細(xì)胞膜機(jī)械力的影響，通過(guò)改變滲透壓對(duì)微絨毛膜進(jìn)行了拉伸或壓縮。這一簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作如預(yù)期的快速增進(jìn)或抑制了通道開(kāi)啟。

這些結(jié)果表明PLC通過(guò)改變膜的機(jī)械狀態(tài)調(diào)控了對(duì)感光細(xì)胞的影響。研究人員認(rèn)為膜張力的增加（以及由于PLC活性導(dǎo)致的pH改變）觸動(dòng)了光敏通道開(kāi)放。機(jī)械敏感離子通道眾所周知，但通常參與傳導(dǎo)機(jī)械刺激，例如耳朵中的聲音或?qū)ζつw的壓力。它們的一個(gè)特點(diǎn)是可以極快地激活，這或許可以揭示為何蒼蠅感光細(xì)胞進(jìn)化出這一光信號(hào)傳導(dǎo)方法。

Hardie教授說(shuō)：“這一機(jī)械信號(hào)可能是一個(gè)中間信號(hào)，或‘第二信使’，在一個(gè)純粹的生化級(jí)聯(lián)反應(yīng)中這是一個(gè)新概念，將我們對(duì)細(xì)胞信號(hào)機(jī)制的理解擴(kuò)展到了一個(gè)新水平?！?/SPAN>