写于 2018-11-26 05:10:03| 雅虎娱乐游戏手机客户端| 雅虎娱乐游戏网站

为了保持高空,昆虫必须非常快速地击败它们的翅膀 - 在蚊子的情况下每秒高达500次

他们究竟如何做到这一点长期以来一直存在争议

通过捕捉活体大黄蜂中翼节拍的分子细节,一项研究现在认为昆虫飞行肌肉不能通过专门的机制起作用,而是利用与脊椎动物肌肉共享的特性

“人们早就知道许多昆虫不会像脊椎动物一样移动它们的飞行肌肉,”生物物理学家Hiroyuki Iwamoto说道,他与同事Naoto Yagi在日本同步辐射研究所(或SPring-8)进行了这项工作

)在兵库县

“最大的问题是这种差异是昆虫飞行肌肉所特有的还是利用了所有肌肉蛋白质共有的特性

”人体肌肉在收到来自运动神经的信号时会收缩

该信号导致钙离子从肌肉中的膜释放

钙离子被称为肌动蛋白的纤维蛋白上称为肌钙蛋白的蛋白捕获,导致肌动蛋白丝旋转并暴露肌蛋白(一种运动蛋白)的“头部”可以结合的位置

头部与肌动蛋白结合后,肌球蛋白分子发生扭结,拉动肌动蛋白丝使肌肉收缩并在此过程中燃烧能量

但是这种机制在能量上太昂贵,并且需要过快的钙泵送,以便每秒重复数百次昆虫飞行

相反,“一旦昆虫飞行的肌肉被神经激活,它们就会自发振荡,”费城宾夕法尼亚大学的肌肉生理学家耶鲁高曼说

这些自我持续的振荡是由“伸展激活”引起的,其中由两个异相的,对抗性飞行肌中的每一个产生的力在它们伸展时变得更强,将翼拉回

拉伸激活“似乎发生在大多数有节奏地运动的肌肉中,包括人类心肌”,塔拉哈西佛罗里达州立大学的分子生物物理学家Kenneth Taylor说

但是,虽然心跳受钙信号支配,但心跳不是

“由于不需要重复释放和吸收钙,因此翼跳频率没有上限,”Iwamoto说

但是,高曼说,“触发它的原因尚不清楚

这是该领域的一个难题

“1979年提出的一个可能的答案是,拉伸激活的产生是因为随着肌肉变得更加伸展,更多的肌球蛋白头能够与肌动蛋白结合

但最近有人提出,昆虫飞行肌可能有一种特殊的适应性,脊椎动物肌肉不会:肌钙蛋白的一种形式,不需要钙离子激活

在这项新的研究中,Iwamoto和Yagi测量了昆虫飞行时的肌肉分子运动成分的排列变化 - 或试图飞行,在狭窄的铝管末端粘合到位(参见'在翼上) “)

研究人员将昆虫定位在X射线束的路径上

当X射线被肌肉散射时形成的亮点图案包含有关其蛋白质分子重组的信息

Iwamoto和Yagi通过高速收集X射线数据跟踪这些变化,与蜜蜂的视频镜头同步,每秒5000帧

研究人员得出结论,在昆虫飞行肌肉中,当肌肉伸展时,肌球蛋白头部会旋转,这使它们能够更强烈地结合

换句话说,拉伸激活是肌动蛋白和肌球蛋白在这种肌肉中相互作用的基本结果,就像在一些脊椎动物肌肉中一样

随着X射线斑点之一的强度增加,肌球蛋白头的旋转在X射线数据中显示出来

虽然之前已经报道了来自活昆虫的X射线散射,但研究人员已经能够比以前更快地监测它 - 每个机翼节拍40帧

“从技术角度来看,这篇论文令人印象深刻,”高曼说

泰勒说,这些发现“确实有助于澄清昆虫飞行肌肉中力的产生过程”

“如果你相信肌球蛋白和肌动蛋白在所有肌肉中的功能几乎相同,那么它就是解释肌肉收缩的一大步,”他补充道

但高盛警告说,“鉴于有证据表明特殊的肌钙蛋白可能是触发因素,这将引起一些争议

”这个故事最初出现在“自然新闻”中