生物学家揭示了调节动物感知温度变化速率的能力的分子机制

在关于青蛙的经典实验中，科学家们发现，当水温逐渐上升时，两栖动物逃离危险热水的冲动明显减少。事实上，许多动物对温度的敏感性- 包括人类 - 同样受到增加率的影响。然而，究竟为什么还没有被理解。为了揭示这一现象，加州大学圣塔芭芭拉分校教授克雷格·蒙特尔和研究生罗俊杰和魏申开发了果蝇幼虫作为模型，揭示了动物对温度快速和缓慢上升的不同行为反应的机制。

研究人员发现，25华氏度的快速温度变化引起果蝇幼虫的扭体反应。然而，当温度逐渐升高时，反应的动物要少得多，而对于那些动物，则平均阈值温度显着升高。该团队的研究结果发表在Nature Neuroscience杂志上。

“我们对动物如何感知温度的大幅度和突然升高有很多了解，”加州大学海洋学院分子，细胞和发育生物学系的Patricia和Robert Duggan神经科学教授Montell说。“他们通过启动逃避反应来应对有害的热量。但是当变化真的很慢时，动物对相同的高温如此敏感呢?”

这个问题的答案原来分为两部分。首先，Montell和他的团队确定了大脑中负责感知温度变化速率的热感觉神经元，这有助于确定潜在的分子机制。

“当温度发生真正的快速变化时，你需要保护大脑，特别是蝇幼虫，因为它们是冷血的，它们的体温与外界平衡，”蒙特尔解释说。“如果他们的大脑感到温度迅速升高，那就会刺激扭动反应。”

其次，研究人员发现，对快速增加的热量的快速反应取决于瞬态受体电位(TRP)通道。细胞温度传感器(一种叫做TRPA1的蛋白质)的激活不仅仅是绝对温度的函数，而是取决于温度变化的速率。如果温度升高很快，TRPA1会迅速开启并激发那些热感觉大脑神经元。当温度缓慢升高时，TRPA1活性降低。

“有一种反馈机制可以在开启时尽快关闭这种蛋白质，”蒙特尔说。“当它快速打开时，它会刺激通道产生扭曲反应。但是当过程缓慢发生时，开关机构会相互抵消。”科学家认为，感知温度变化速率的能力是一种关键的生存机制，它允许动物在太晚之前快速响应并逃离有害的热量景观。

“我们认为其他动物也会出现类似的机制 - 例如青蛙，”蒙特尔说。“可能相关机制也影响人类对温度敏感的TRP通道。最终，如果跨物种保守的共同机制，我们的研究结果可以提供对不同动物如何适应温度变化率的见解。”