没有耳膜的微小蠕虫也能“听到”声音

撰文：REBECCA DZOMBAK

达尔文之前推断这些蠕虫没有听觉，因为当他的儿子演奏完巴松管之后，它们没有扭头就走。而新的研究表明，这些蠕虫是有听觉的。

秀丽隐杆线虫（C. elegans）是生物学和遗传学中研究最多的动物之一，它们生活在土壤中，世界各地均有分布。摄影：SCIENCE PHOTO LIBRARY / ALAMY STOCK PHOTO

“蠕虫能听到吗？这是一个古老的问题，为了解开谜团，达尔文曾在19世纪做过一个实验，他让儿子用巴松管给蚯蚓吹奏小夜曲，看它们是否会扭动逃走。最终，他得出的答案是不能。但新的研究表明，达尔文的结论并不正确。

虽然其他复杂的感觉在动物王国中广泛存在，比如视觉，但到目前为止，听觉只出现在脊椎动物和一些节肢动物中。几乎所有的听觉动物都依赖于一个器官，当声波击中它时，它就会振动，激活与处理声音有关的神经元。在人类和大多数其他脊椎动物中，这个器官被称为耳朵，包括精巧的鼓膜和内耳。

但秀丽隐杆线虫并没有专门的听觉器官。新的实验表明，它的皮肤可以作为一种声音传感膜，从而有效地让整个身体充当耳膜。这项研究的详细内容已于近日发表在《神经元》杂志上，它首次证明了非节肢动物的无脊椎动物可以感知空气中的声音。

这些结果来自于密歇根大学Shawn Xu实验室十多年来的针对性研究。该团队先前发现的证据表明，这种一毫米长的蠕虫有嗅觉、味觉和触觉，还有本体感受——所谓的身体意识的第六感——以及光探测能力。

“但从那之后，蠕虫缺失的听觉证据成为了研究重点，”感官生物学家Xu说道。“这些年来，我们一直在寻找与听觉有关的证据。”

他说，这一发现是一个巨大的飞跃，有助于我们理解生物体如何听到声音，以及听觉如何进化。它还可以扩大对更多没有明显耳朵的生物的听觉研究，如软体动物和其他蠕虫(包括达尔文研究的蚯蚓)，并为科学家提供线索，帮助他们破译其他一些动物的听觉能力，如蝾螈和无耳蛙。

感知声音

许多动物没有专门的鼓膜，应该听不到声音，但它们进化出了其他方式来处理声音。

无耳蛙有内耳，但没有鼓膜，这意味着它们可能依靠皮肤和骨骼将声波传导到内耳。

跳蛛和其他小昆虫利用腿上超敏感的毛发捕捉振动来探测声波。

但是，大多数无脊椎动物(通常被认为是相对简单的生物)的声音感应机制一直未受到科学家的重视。一方面，这样的实验需要先进的技术，而科学家们可能认为不值得付出这样的努力，因为几乎没人相信蠕虫能感知声音。

为了弄清蠕虫是否能够听到或感知声音，Xu的实验室拓展了达尔文的研究：向它们播放很大的噪音。为了确保蠕虫探测到的是空气中的声波而不是培养皿中的振动，研究小组对蠕虫进行了基因改造，去除了它们的触觉。

实验室的研究生Elizabeth Ronan是这项研究的合著者，她检查并确认了蠕虫爬行时的明胶样物质并没有让它们晃动。即使没有触觉，当声音在它们头顶响起时，这些蠕虫还是会后退，当声音在它们身后响起时，它们会向前爬行。

“当你向这些蠕虫播放声音时，它们确实会移动，这真的很令人兴奋，”Elizabeth Ronan说道。她假设，这些生活在土壤中的蠕虫进化出了处理声音的能力，因此它们可以听到并逃脱捕食者的追捕，如蜈蚣和有翅昆虫。

但是，仅仅看到蠕虫蠕动着远离声音并不能充分证明这些无脊椎动物真的感受到了声波。它们很有可能只是在皮肤上捕捉到了声波的物理运动，而不是通过神经系统探测到了电信号。

因此，该团队在遵循动物研究伦理标准的前提下，又测试了另一种被水疱包裹的转基因蠕虫，他们假设这将干扰蠕虫皮肤感受到的任何潜在振动，并阻止神经元的放电。果然，当声音再度响起时，蠕虫们一动不动。他们猜对了！

通过测试更多的蠕虫，辅以一系列先进的基因测试，研究小组最终追踪到了神经系统中负责感知声音的分子：烟碱型乙酰胆碱受体，一种经过充分研究的神经递质，在许多动物身上发现过。这种分子存在于蠕虫皮肤的各个部位，可以探测声波并向大脑发出信号。经基因改造后失去这些分子的蠕虫对声音没有反应。

“我们研究这个分子的时间是所有神经递质中最长的，但其他人都没有发现他们看到的东西，”新泽西理工学院的神经行为学家Gal Haspel说道，他没有参与这项研究。

Haspel称研究方法无懈可击，并补充说，该团队“真的检验了每一种可能性，准确地找出了(行为)反应背后的细胞机制。”

但这是“听觉”吗？

总的来说，实验表明秀丽隐杆线虫能够感知空气中的声波并对其做出反应，这种机制在遗传学上是独一无二的，而且与我们的听觉相似。

但蠕虫是否真的有听觉则是另一个问题。一些科学家认为，更深层次的感知，如意识或将声音与认知地图联系起来，是真正的“听觉”所必需的。对Xu来说，感知和回应空气中的声音——他研究中称之为“听觉”的行为——并没有达到这个标准。

“感知意味着你必须对信号进行处理，然后给它注入一些意义，”他说道。

但其他科学家看到了更多的回旋余地。“其他许多低等动物类群可能会通过意想不到的方式感知声音，”Ronan说道。“我的意思是，这种蠕虫实际上是一个充满液体的管道，能够探测这些[声音]感觉。所以我认为它至少可以让人们多方位探索什么是听觉。”

新泽西理工学院的神经行为学家Daphne Soares认为，身体感知声波(她认为这些蠕虫就是这样)和真正的听觉之间有着重要区别。“这非常非常酷，但我不认为这是听觉，”她说道。

即便如此，Soares和Haspel 都看到了扩大实验以反映实际环境条件的潜力，比如测试蠕虫对捕食者声音的反应。而且这项研究的作者们对声音传感接下来的发展方向感到十分兴奋。

Soares表示，这项研究甚至可以引出进化史上更深层次的问题，因为地球上最早的动物大多是软体动物。“它们必须以某种方式感知环境!”

（译者：陌上花开）