皮肤也能“倾听”！

根据密歇根大学生命科学研究所的一项新研究，一种被广泛应用于生物研究的线虫可以感知和响应声音，尽管没有耳朵状器官。

　　

这项研究结果将于9月22日发表在《Neuron》杂志上，为研究听觉的遗传机制提供了一种新的生物学工具。

生命科学研究所Shawn Xu实验室的研究人员已经使用秀丽隐杆线虫研究感觉生物学超过15年。当他的实验室开始这项工作时，这些毫米长的线虫被认为只有三种主要感觉：触觉、嗅觉和味觉。

Xu的实验室已经证实，尽管线虫没有眼睛，但它们仍具有感知光线的能力，并且在运动过程中能够感知自身的身体姿势（也称为本体感觉）。

LSI研究教授、该研究的资深作者Xu说：“还有一种主要感觉缺失了听觉。但是听觉不同于其他感觉，它广泛存在于其他动物门中。它实际上只在脊椎动物和一些节肢动物中发现。因此，绝大多数无脊椎动物被认为对声音不敏感。”

然而，科学家们发现线虫对100赫兹到5千赫兹范围内的空气传播声音有反应，这一范围比一些脊椎动物能感觉到的范围更广。当播放该范围内的音调时，线虫会迅速离开音源，这表明它们不仅能听到音调，还能感知声音的来源。

研究人员进行了几次实验，以确保线虫对空气中的声波做出反应，而不是线虫所依靠的表面上的振动。Xu认为，线虫不是通过触觉来“感觉”振动，而是通过充当一种全身耳蜗（脊椎动物内耳中螺旋状充满液体的腔）来感觉这些音调。

线虫有两种类型的听觉感觉神经元，它们与线虫的皮肤紧密相连。当声波撞击线虫的皮肤时，它们会振动皮肤，进而导致线虫体内的液体振动，就像耳蜗中的液体振动一样。这些振动激活与线虫皮肤相连的听觉神经元，然后将振动转化为神经脉冲。

由于这两种神经元分布在线虫身体的不同部位，因此线虫可以检测到神经元被激活的声源。这种感觉可能有助于线虫发现并躲避它们的捕食者，许多捕食者在捕猎时会发出声音。

这项研究提出了一种可能性，即其他具有柔软身体的无耳动物，如线虫，如扁形虫、蚯蚓和软体动物，也可能能够感知声音。

“我们的研究表明，我们不能仅仅假设没有耳朵的生物无法感知声音，”Xu说，他也是密歇根大学医学院的分子和整合生理学教授。

虽然线虫的听觉与脊椎动物的听觉系统有一些相似之处，但这项新的研究揭示了与脊椎动物或节肢动物感知声音的重要区别。

“基于这些存在于分子水平的差异，我们相信听觉可能是独立进化的，在不同的动物门中多次进化，”Xu说。“我们知道脊椎动物和节肢动物的听觉看起来非常不同。

“现在，对于秀丽隐杆线虫，我们发现了另一种不同的感觉功能途径，表明趋同进化。这与查尔斯·达尔文提出的视觉进化形成了鲜明的对比。视觉进化发生得很早，可能只有一次是同一祖先的进化。”

现在已经在秀丽隐杆线虫中观察到了所有主要的感觉，Xu和他的同事计划进一步深入研究驱动这些感觉的遗传机制和神经生物学。

“这为研究听觉和整个机械感觉开辟了一个全新的领域，”他说。“有了听觉的新加入，我们现在已经完全确定所有初级感觉都存在于秀丽隐杆线虫中，使它们成为研究感觉生物学的一个特殊模型系统。”

研究作者还包括华中科技大学的刘剑峰教授。

原文检索：The nematode C. elegans senses airborne sound, DOI: 10.1016/j.neuron.2021.08.035