在動物王國中蒼蠅的眼睛具有最快的視覺反應(yīng)，然而其是如何實現(xiàn)的一直以來是一個謎。一項新研究顯示它們的快速視覺可能是由于它們的感光細(xì)胞對光產(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收縮激活，這是針對蒼蠅眼睛感光秘密獲得的一個驚人的答案，以及細(xì)胞信號傳導(dǎo)的一個新概念。

論文的主要作者、劍橋大學(xué)生理學(xué)系Roger Hardie教授說：“談?wù)撝械碾x子通道稱作‘瞬時受體電位’(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。現(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。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。”

蒼蠅的視覺如此的快速以致于它們追蹤移動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。在每個感光細(xì)胞中，數(shù)萬的微絨毛填充在一起形成一種長棒狀結(jié)構(gòu)，充當(dāng)光導(dǎo)管吸收入射光。每個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——這一過程就稱作光信號傳導(dǎo)。

在所有感光細(xì)胞中，光信號傳導(dǎo)是通過一種視色素分子（視紫質(zhì)）吸收光作為開始。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，能夠裂解來自細(xì)胞膜特異脂質(zhì)元件的一個大的部件("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”開放；一旦打開，這些會使得諸如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20年，但確切PLC酶活性如何引起通道的活性長期以來是一個謎，也是感官生物學(xué)一個重要的懸而未決的問題。

Hardie教授說：“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。然而過去多年的研究都沒有找到令人信服的證據(jù)證實這樣一種簡單的機(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，引起每個微絨毛對光做出收縮反應(yīng)。成千上萬微絨毛一起同時發(fā)生了收縮導(dǎo)致了整個細(xì)胞的收縮。

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

在實驗中，通過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。值得注意的是，這些感光細(xì)胞仍然對光做出反應(yīng)生成了電信號，不過現(xiàn)在是由異位機(jī)械敏感通道激活所接到。為了檢測天然的光敏通道是否受到細(xì)胞膜機(jī)械力的影響，通過改變滲透壓對微絨毛膜進(jìn)行了拉伸或壓縮。這一簡單的實驗操作如預(yù)期的快速增進(jìn)或抑制了通道開啟。

這些結(jié)果表明PLC通過改變膜的機(jī)械狀態(tài)調(diào)控了對感光細(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）觸動了光敏通道開放。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。它們的一個特點是可以極快地激活，這或許可以揭示為何蒼蠅感光細(xì)胞進(jìn)化出這一光信號傳導(dǎo)方法。

Hardie教授說：“這一機(jī)械信號可能是一個中間信號，或‘第二信使’，在一個純粹的生化級聯(lián)反應(yīng)中這是一個新概念，將我們對細(xì)胞信號機(jī)制的理解擴(kuò)展到了一個新水平。”