线虫捕食真菌触发机械感知依赖性静止状态的神经机制研究

本研究揭示了线虫捕食真菌Arthrobotrys oligospora通过机械刺激激活线虫Caenorhabditis elegans的睡眠促进神经元ALA和RIS，诱导其进入静止状态。研究人员发现机械感知和EGFR信号通路在此过程中起关键作用，为理解捕食者-猎物相互作用的神经机制提供了新见解。该成果发表于《iScience》，对生态互作和神经生物学领域具有重要意义。

　　

在自然界中，捕食者与猎物之间的相互作用是驱动共同进化的重要力量。线虫Caenorhabditis elegans与其天敌——线虫捕食真菌Arthrobotrys oligospora之间的较量已持续了4亿年。这种真菌会形成特殊的粘性陷阱捕捉线虫，但猎物如何感知并应对这种致命威胁，其背后的神经机制一直是个谜。

为了解决这个问题，中国科学院分子生物学研究所的Tzu-Hsiang Lin、Han-Wen Chang等研究人员开展了一项创新性研究。他们发现当线虫被真菌陷阱捕获后，会在15-20分钟内进入一种静止状态：停止咽泵运动和身体活动，对外界刺激反应减弱。这种"装死"行为看似消极，实则可能是线虫在极端压力下的生存策略。相关成果发表在《iScience》杂志上。

研究人员运用了多项关键技术：通过钙成像技术实时监测神经元活动；利用基因编辑构建特定神经元缺陷的突变体；采用行为分析系统量化线虫的运动和咽泵频率；使用WormGlu物理限制模拟真菌捕获的机械刺激。这些方法的组合应用为揭示这一复杂生物学现象提供了多角度的证据。

研究结果部分，作者首先通过行为实验证实了真菌捕食确实会诱导线虫进入静止状态。被捕获的线虫咽泵频率从4.8 Hz迅速降至1.3 Hz，最终完全停止（图1A）。头部运动监测显示，大多数线虫在挣扎约20分钟后进入静止状态（图1B）。对外界刺激的反应性测试也表明，静止状态的线虫对甘油刺激的回避行为显著减弱（图1C）。

在神经元机制方面，钙成像显示两种睡眠促进神经元呈现不同的激活模式。ALA神经元在捕获初期（5分钟内）就出现短暂激活，此时咽泵运动已开始抑制；而RIS神经元则在15-20分钟后达到最大激活，恰与运动静止的发生时间吻合（图2）。遗传学实验进一步证实，ALA神经元通过LIM同源域蛋白CEH-14调控咽泵抑制，而ALA和RIS神经元共同参与运动静止的调控（图3）。

研究还揭示了机械感知在这一过程中的重要作用。通过基因敲除实验发现，当线虫的机械感受神经元（如ALML/R、AVM等）被破坏后，捕食诱导的咽泵抑制明显减弱（图3D）。模拟实验表明，仅用胶水固定线虫就足以抑制其咽泵运动，说明机械刺激本身就能触发部分静止反应。此外，表皮生长因子受体(EGFR)信号通路在ALA和RIS神经元中的功能也被证实是诱导静止状态的关键因素（图4）。

在讨论部分，作者提出了两种可能的解释：这种静止状态可能是线虫的主动防御策略，通过减少活动来降低能量消耗和损伤；也可能是真菌的"阴谋"，通过诱导猎物静止来提高捕食成功率。虽然目前的实验系统尚无法区分这两种假说，但研究首次揭示了捕食者诱导的猎物行为变化的神经机制。

这项研究的创新点在于：首次在分子和细胞水平上解析了真菌捕食诱导线虫静止的神经环路；发现机械感知和EGFR信号通路在这一过程中的协同作用；为理解捕食者-猎物共同进化提供了新的理论框架。未来研究可以进一步探讨这种静止状态是否真正提高线虫的生存率，以及不同地理种群间是否存在适应性差异。

该成果不仅对理解基础生态互作有重要意义，其发现的神经机制也可能为研究高等动物的应激反应提供借鉴。特别是ALA和RIS神经元的双重调控模式，可能代表着一种保守的应对极端压力的神经策略。此外，研究建立的真菌-线虫实验系统，为后续探索捕食者与猎物的分子"军备竞赛"提供了理想平台。