这项研究揭示了海螺(特别是肉食性海螺)利用其高度灵敏的嗅觉系统进行捕食的惊人策略,其触角上的嗅觉受体确实像一种精密的“化学雷达”。以下是核心发现和解释:
“化学雷达”的物理基础:嗅觉受体
- 海螺的触角(尤其是前端的嗅角或触角末端)表面密布着嗅觉受体细胞。这些受体是特殊的蛋白质,能够特异性识别并结合溶解在水中的特定化学分子。
- 这些受体就像“天线”,持续扫描周围环境中的化学信号。
“化学雷达”的工作原理:探测化学线索
- 猎物(如蛤蜊、牡蛎、其他蠕虫等)会向周围水体释放特定的化学物质,包括:
- 代谢废物(如氨、尿素)
- 信息素
- 组织分解产物(尤其在受伤或死亡时)
- 猎物特有的气味分子
- 海螺的嗅觉受体能够极其灵敏地探测到这些极其微量的化学信号(浓度可能低至十亿分之一甚至万亿分之一级别),就像雷达探测微弱的回波。
“化学雷达”的信息处理:定位与导航
- 海螺的嗅觉系统不仅仅是探测到“有味道”,更重要的是能够解析化学信号的梯度。
- 通过比较左右触角或触角不同部位接收到的化学信号浓度差异,海螺能够判断出化学物质来源的方向(哪边浓度更高)。
- 随着海螺移动,它持续监测化学浓度的变化,不断调整前进方向,形成一条化学浓度梯度上升的路径,最终精确地导航到猎物藏身之处(如沙底下的蛤蜊)。这个过程称为化学趋向性。
捕食策略的关键:区分“活猎物”与“死猎物”
- 这项研究的核心突破之一是发现海螺的嗅觉“化学雷达”系统具有高度特异性和策略性。
- 活猎物识别: 海螺的某些嗅觉受体专门识别活猎物释放的特定化学信号组合(例如,健康蛤蜊释放的特定代谢物或信息素)。这能指引海螺找到有营养价值的、需要捕食的活体目标。
- 死猎物/腐肉识别: 另一些嗅觉受体则对腐烂或死亡的生物释放的分解产物(如尸胺、腐胺等)更敏感。虽然海螺也会食用腐肉,但这通常不是其主要的、主动捕食策略的目标。
- 策略选择: 通过这种受体特异性,海螺能够优先选择并追踪活猎物的信号,优化其捕食效率,避免在腐肉上浪费时间精力。这体现了其嗅觉系统在捕食策略上的“智能”应用。
从信号到行动:触发捕食行为
- 当特定的“活猎物”化学信号被嗅觉受体识别并结合后,会触发神经信号。
- 这些信号传递到海螺的中枢神经系统(主要是神经节)。
- 神经节整合这些化学信息以及其他感官信息(可能包括触觉、水流等),最终启动并协调复杂的捕食行为序列:
- 加速向信号源移动(追踪)。
- 找到猎物后,用腹足包裹或固定猎物(如蛤蜊)。
- 利用齿舌(一个带锉刀状牙齿的舌状器官)在猎物外壳上钻孔。
- 向孔内注射麻痹性毒素或消化酶。
- 最后吸食被软化或分解的猎物组织。
总结:
海螺触角上的嗅觉受体系统构成了一套精密的“化学雷达”。它不仅能超灵敏地探测水中微量的化学信号,更能解析化学梯度进行精准导航定位。最关键的是,这套系统通过特异性的受体区分活猎物和死猎物/腐肉释放的不同化学特征,使得海螺能够优先选择并高效追踪最有价值的活体猎物,从而优化其捕食策略和能量获取效率。这项研究揭示了无脊椎动物(尤其是腹足类)嗅觉系统在捕食行为中的复杂性和策略性,远超简单的“闻到就吃”的认知。
这项发现不仅增进了我们对海洋捕食者行为的理解,也对仿生学(如设计高灵敏化学传感器、水下导航机器人)和神经生物学(化学信号编码与行为决策)有重要启示。