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寄居蟹的嗅覺研究,一探生物演化機制

生物是從水域漸漸進化到在陸地上生活,這兩種環境存在如此巨大的差異,生物是如何慢慢演化,發展出適應環境的感官呢?或許我們可以從德國馬克斯普朗克研究所(Max Planck)的生物研究團隊,對陸棲型寄居蟹的嗅覺系統研究,發現一點端倪。

他們發現,陸地寄居蟹在潮溼的時候,嗅覺系統運作較良好,這一點為水域生物和陸域生物之間的進化轉變,提供了深刻的見解。


研究人員比較西里伯斯陸寄居蟹的嗅覺和果蠅的嗅覺,結果發現,果蠅能夠識別空氣中許多不同的氣味分子,而寄居蟹只能識別少數氣味,包括有機酸、胺類、醛類和海水。

濕度會大幅提高寄居蟹觸角神經元中的電訊號,以及其對應的行為反應,相形之下,果蠅的嗅覺並未因空氣中的溼度增加而強化。

寄居蟹和果蠅都是節肢動物,會有這樣的差異,是因為數百萬年前從水域轉向陸域的過渡轉變。陸地寄居蟹的祖先是在大約兩千萬年前進行這種轉型,如今除了幼蟲期之外,牠們幾乎完全在陸地上生活。對任何陸域生物而言,能夠偵測水域以外的氣味分子是很重要的,但是研究人員希望弄清楚感官知覺究竟是如何逐漸形成。

「西伯利斯陸寄居蟹是解答這個問題的最佳研究對象,」馬克斯普朗克化學生態研究所進化神經學部門主任比爾.韓森(Bill Hansson)表示。這是因為這種動物生活在海洋附近的潮溼地帶,而且經常造訪水源。母寄居蟹將幼體排到海中,這些幼體後來變成小寄居蟹,搜尋空的螺殼當做自己的家。

為了測試這些寄居蟹的嗅覺,化學生態學家安娜─莎拉.克蘭(Anna-Sara Krang)將擁有不同化學性質的140種氣味物質釋放到牠們附近的空氣中,並且測量牠們觸角神經元的刺激興奮程度。克蘭等研究人員的做法,是在寄居蟹的細胞膜中尋找細微的電壓改變,同時觀察寄居蟹的行為反應。他們發現,空氣較為潮溼時,寄居蟹的反應更為明顯;歸結到底,空氣溼度較高,寄居蟹的神經元反應便強大十倍,原因在於增強的電興奮性。相較之下,不論空氣溼度如何,果蠅的反應都維持不變。

實驗分析的結果顯示,寄居蟹對易溶於水的氣味反應強得多,這意味著,寄居蟹的觸角上有「離子性」受體,這種受體在龍蝦和水蚤等其他甲殼動物身上也找得到。水蚤並沒有像昆蟲一樣,擁有靈敏的嗅覺受體的基因資訊,而寄居蟹顯然擁有更靈敏嗅覺系統的受體基因,但卻似乎只使用牠們原始、進化較晚的離子性受體來協調嗅覺。

因此要是遠離海邊,嗅覺便會受到局限,難以定位自己的方向,這或許解釋了為什麼寄居蟹都在海邊棲息。
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