在动物王国中，苍蝇的眼睛拥有最快的视觉反应速度，但其背后的机制长期以来一直是个谜。一项最新研究揭示，果蝇的快速视觉能力可能源于其感光细胞在光刺激下产生的物理收缩。这种机械力随后生成电信号，并以比人类眼睛快得多的速度传递至大脑。相比之下，人类眼睛依赖传统的化学信使来产生反应。该研究于10月12日在线发表在《科学》（Science）杂志上。

过去，人们认为负责产生感光细胞电反应的离子通道是由化学信使激活的，这是细胞信号传导中的常见模式。然而，这些新结果表明，果蝇感光细胞中的光敏离子通道可能通过机械收缩直接激活，这为果蝇视觉的快速反应提供了惊人答案，并提出了细胞信号传导的新概念。

论文的主要作者、剑桥大学生理学系Roger Hardie教授指出：“我们关注的离子通道称为‘瞬时受体电位’（TRP）通道，最初在20世纪90年代被发现是一种光敏通道。如今，TRP通道被视为基因组中最大的离子通道家族之一的基础成员，这些密切相关的通道在全身发挥着至关重要的作用。因此，TRP通道日益被认为是许多病理状况的潜在治疗靶点，包括疼痛、高血压、心肺疾病、癌症、风湿性关节炎和脑缺血等。我们希望这些新发现可能具有超越果蝇眼睛的更广泛意义。”

果蝇的视觉如此快速，以至于它们追踪移动物体的速度比人类眼睛快5倍。这一性能得益于其微绒毛感光细胞，其中感光膜由称为微绒毛的微小管状膜突起构成。在每个感光细胞中，数万个微绒毛紧密排列，形成长棒状结构，充当光导管以吸收入射光。每个微绒毛还配备有生化机器，将吸收的光能转化为电信号发送至大脑——这一过程称为光信号传导。

在所有感光细胞中，光信号传导始于视色素分子（视紫质）吸收光。在微绒毛感光细胞中，这导致一种称为磷脂酶C（PLC）的特异性酶被激活。PLC是一种普遍存在且研究深入的酶，能够裂解细胞膜中的特定脂质成分（PIP2），留下较小的膜脂（DAG）。

以某种方式，这种酶反应导致微绒毛膜中的离子通道开放；一旦开放，这些通道允许Ca²⁺和Na⁺等正电荷离子流入细胞，从而产生电反应。这一基本事件顺序已被确立超过20年，但PLC酶活性如何确切引起通道开放长期以来一直是个谜，也是感官生物学中一个重要的未解问题。

Hardie教授说：“传统观点认为，PLC酶活性的产物之一——一种化学‘第二信使’——结合并激活了通道。然而，过去多年的研究未能找到令人信服的证据来证实这种简单机制。”

新研究利用果蝇揭示了这一谜题的不寻常答案。关键发现是感光细胞对闪光做出了物理收缩反应。这种收缩既微小又快速，因此需要原子力显微镜才能检测到。结果显示，收缩甚至比细胞的电反应更快，似乎是由PLC活性直接引起。

研究人员认为，PLC酶裂解膜脂PIP2减少了膜面积，从而增加了膜张力，导致每个微绒毛对光做出收缩反应。成千上万个微绒毛同时收缩，进而引起整个细胞的收缩。

论文的共同作者、剑桥大学的Kristian Franze博士说：“我们认为，在每个微绒毛中，膜张力的增加直接作用于光敏通道。换句话说，通道并非通过传统的化学第二信使激活，而是通过机械力激活。”

在实验中，通过突变减少天然光敏通道，并用机械敏感通道替代，这一概念得到了证实。值得注意的是，这些感光细胞仍然对光做出反应并生成电信号，但现在是由异位机械敏感通道的激活所介导。为了检测天然光敏通道是否受细胞膜机械力的影响，研究人员通过改变渗透压对微绒毛膜进行拉伸或压缩。这一简单的实验操作如预期般快速增强或抑制了通道的开放。

这些结果表明，PLC通过改变膜的机械状态来调控感光细胞的反应。研究人员认为，膜张力的增加（以及PLC活性导致的pH改变）触发了光敏通道的开放。机械敏感离子通道众所周知，但通常参与传导机械刺激，例如耳朵中的声音或皮肤上的压力。它们的一个特点是能够极快地激活，这或许解释了为什么果蝇感光细胞进化出这种光信号传导方法。

Hardie教授总结道：“这一机械信号可能是一个中间信号，或‘第二信使’，在纯粹的生化级联反应中，这是一个新概念，将我们对细胞信号机制的理解扩展到了一个新水平。”