当捕蝇草用其肉质叶片夹住毫无防备的昆虫时，猎物的游戏就结束了。这种植物以动物为食的 необычный 习性吸引了从查尔斯·达尔文到剧作家霍华德·阿什曼和作曲家艾伦·曼肯（后两者创作了 1982 年的音乐剧《恐怖小店》，该剧的主角是一株食人植物）等人的想象力。现在，在一项可能看起来像是直接从庸俗科幻小说中走出来的实验中，科学家们自己利用了捕蝇草的力量：他们开发出一种使用柔软的半有机人造神经元触发其陷阱的方法。
“我们研究的总体目标是尝试开发可以模拟我们体内构建模块功能的设备，”瑞典林雪平大学的有机纳米电子研究员、研究合著者西蒙娜·法比亚诺说。捕蝇草为生物与电子设备之间的接口提供了一个有效的试验场，法比亚诺和他的团队希望，有一天，这可能导致用于监测人类健康的完全集成的生物传感器——或者为人们提供更好的接口，以便用他们的神经控制先进的假肢。该结果上周发表在《自然通讯》杂志上。
这并非科学家首次控制捕蝇草。奥克伍德大学的亚历山大·沃尔科夫数十年来一直在研究植物电生理学——特别是捕蝇草。2007 年，他和他的实验室将银线连接到捕蝇草的捕捉机制上，并在系统中通入电流，导致叶片闭合。
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此类实验之所以有效，是因为运动是由类似于动物神经系统的装置控制的。在捕蝇草中，韧皮部（将营养物质输送到植物全身的组织）包含离子通道，带电粒子可以通过这些通道流动。这会触发植物的叶片闭合，类似于电流沿着动物的神经流动以向其肌肉发送指令的方式。但是这两个系统之间存在一些关键差异。“在捕蝇草中，钙会减轻[电]反应，而在动物中，通常是钠，”俄勒冈健康与科学大学的生物化学家斯韦塔·穆尔蒂说，她也研究捕蝇草，但未参与这项新研究。此外，与动物神经元相比，植物的膜是超极化的。这意味着科学家必须使用额外的电流才能在捕蝇草中引起反应。他们通过将带电的氯离子掺入他们的电子设备来实现这一点。
尽管存在这些差异，但由于离子通道的尺寸，捕蝇草的离子通道仍然是测试神经活动的好模型。“在实验中很容易测量，”沃尔科夫说。而且，陷阱巨大的蛤壳状闭合运动是信号已通过的明显标志。此外，与在实验室中使用动物相比，使用植物的伦理考量更少。
为了使他们的捕蝇草闭合，法比亚诺和他的同事构建了一种类似神经元的电子设备。他们首先通过丝网印刷将碳和氯化银电极印刷到聚酯基底上。“这就是你在 T 恤上印刷标签时使用的东西，”法比亚诺解释道。“这是一种非常非常简单的制造电子产品的方法。” 接下来，他们将电极连接到植物陷阱的叶片和中脉（或折痕）上，并在系统中通入电流——首先是高频率，然后是低频率。他们发现高频率触发了快速反应，但低频率不足以闭合陷阱。
这种设置在某种程度上类似于沃尔科夫的原始工作和先前涉及人造神经元的研究，但在几个关键方面有所不同。首先，它没有使用硅，硅是大多数其他人造神经元的刚性和相对昂贵的组件。与早期捕蝇草研究不同，它通过在丝网印刷电极内包含一个微小的间隙（在真实的神经细胞中称为突触），离子可以在该间隙中跳跃，从而模拟了真实神经元的结构。
尽管法比亚诺认为他团队的结果令人鼓舞，但他承认该系统尚未准备好与人类细胞对接。“在我们达到生物神经元的能量效率之前，我们还有几个数量级，”他说。一旦人造神经元变得更有效率，他认为这项技术有可能用于在人的信号神经和人造肢体之间建立联系，从而实现无缝的假肢控制。
沃尔科夫不相信这项新研究代表了真正的突破。他说，许多研究人员已经设计了与植物对接的系统。“有些人已经通过智能手机关闭了捕蝇草，”沃尔科夫补充道。考虑到植物和动物生理学的差异，他不确定该系统是否可以转化为控制外部设备的真实神经元。
穆尔蒂更加乐观。“我认为这项研究为开发和集成可植入设备作为生物传感器提供了强大的潜力，”她说。“这是一个原理验证实验。”