撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

植物與動(dòng)物之間有著無數(shù)種相互作用方式，但在大多數(shù)情況下，植物似乎只是被動(dòng)參與其中，其作用似乎僅限于提供獎(jiǎng)勵(lì)或威懾化學(xué)物質(zhì)，或通過花朵等視覺和揮發(fā)性信號(hào)傳遞信息。

然而，有一小部分植物與動(dòng)物的相互作用卻呈現(xiàn)出截然不同的性質(zhì)，例如捕蠅草（Dionaea muscipula），它能夠在沒有肌肉的情況下實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)掌控局面，在不到一秒內(nèi)快速閉合夾片來捕食蟲子，連達(dá)爾文本人都為之困擾，稱其為“世界上最奇妙的植物”。

那么，以緩慢生長(zhǎng)著稱的植物，是如何實(shí)現(xiàn)如此快速運(yùn)動(dòng)的？這一直是植物生物力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)長(zhǎng)期難題，其具體機(jī)制至今仍不明確。

2026 年 6 月 11 日，法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)的研究人員在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Fast cell wall softening causes Venus flytrap closure 的研究論文，該論文還被選為當(dāng)期封面論文。

該研究顯示，細(xì)胞間水分運(yùn)動(dòng)速度太慢，無法解釋捕蠅草捕蟲陷阱（夾片）的快速閉合，而其夾片外側(cè)細(xì)胞壁能夠在被觸發(fā)后迅速軟化，釋放夾片中的彈性能量，驅(qū)動(dòng)其快速閉合，從而為捕蠅草的快速運(yùn)動(dòng)機(jī)制提供了更合理的解釋。

封面圖片：捕蠅草（Dionaea muscipula）葉片合攏，困住一只飛蟲。這種食肉植物以其超快速的夾捕機(jī)制而聞名，能在不到一秒的時(shí)間內(nèi)捕捉蟲子。這項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，其捕蟲陷阱的閉合是由表皮細(xì)胞壁的快速軟化觸發(fā)的，揭開了植物的這一驚人運(yùn)動(dòng)背后的物理機(jī)制。

捕蠅草的捕蟲陷阱由兩片貝殼狀?yuàn)A片組成，中間由一條葉脈連接，其內(nèi)側(cè)有 6 根敏感的觸發(fā)毛，當(dāng)蟲子在大約 20 秒內(nèi)兩次觸碰觸發(fā)毛，這兩個(gè)夾片就會(huì)迅速閉合。

之前的理論認(rèn)為，這種快速運(yùn)動(dòng)由滲透壓驅(qū)動(dòng)——夾片內(nèi)外兩側(cè)細(xì)胞中的水分快速重新分布，導(dǎo)致一側(cè)膨脹、一側(cè)收縮，從而產(chǎn)生彎曲力。但這一理論一直缺乏直接證據(jù)支持。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用微型壓力探針測(cè)量了捕蠅草單個(gè)細(xì)胞的水分傳輸時(shí)間，結(jié)果顯示，水分子穿過其單個(gè)細(xì)胞的時(shí)間約為 3.7 秒，而捕蠅草夾片的厚度為 5-10 層細(xì)胞。水分運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間遠(yuǎn)超其夾片閉合速度，因此，驅(qū)動(dòng)捕蠅草的夾片閉合的機(jī)制，無法用水分運(yùn)輸來解釋。

水分運(yùn)輸不能解釋捕蠅草夾片主動(dòng)閉合的速度

接下來，研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了捕蠅草葉片最外側(cè)的表皮細(xì)胞，這些細(xì)胞擁有厚厚的細(xì)胞壁。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)捕蠅草被觸發(fā)時(shí)，外側(cè)表皮細(xì)胞的細(xì)胞壁會(huì)顯著軟化，硬度下降 30%-40%，而內(nèi)側(cè)表皮細(xì)胞則幾乎無變化。更關(guān)鍵的是，整個(gè)過程在一秒內(nèi)完成，葉片內(nèi)部?jī)?chǔ)存的壓力迅速釋放，導(dǎo)致葉片從凸形轉(zhuǎn)變成凹形，從而實(shí)現(xiàn)葉片的迅速閉合。整個(gè)過程無需水分的大規(guī)模流動(dòng)，只需細(xì)胞壁的性質(zhì)改變。這也是 迄今為止在植物中發(fā)現(xiàn)的最快的細(xì)胞壁力學(xué)調(diào)控現(xiàn)象。至于這些細(xì)胞壁為何能夠快速軟化，仍有待進(jìn)一步探索，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，這一過程可能與鈣離子信號(hào)有關(guān)，也可能涉及細(xì)胞壁中果膠或纖維素纖維的快速重組。

捕蠅草夾片快速主動(dòng)閉合機(jī)制

總的來說，這項(xiàng)研究揭開了捕蠅草實(shí)現(xiàn)葉片快速閉合的運(yùn)動(dòng)機(jī)制—— 通過主動(dòng)調(diào)控細(xì)胞壁硬度，控制彈性能量釋放，也揭示了一種基于 材料特性動(dòng)態(tài)調(diào)控的植物運(yùn)動(dòng)新模式 。這些發(fā)現(xiàn)也為未來開發(fā) 無肌肉的仿生驅(qū)動(dòng)裝置提供了原理啟示。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed5051