使用原子磁力计的物理学家发现维纳斯捕蝇器会产生磁场

时间：2022-01-12 15:52:13 来源：

物理学家使用原子磁力计来测量食肉植物的生物磁信号。

金星捕蝇器（Dionaea muscipula）是一种食肉植物，它使用改良的叶子作为诱捕器将猎物包围起来。在此过程中，称为动作电位的电信号触发了叶片的闭合。一个跨学科的科学家团队现在表明，这些电信号会产生可测量的磁场。使用原子磁强计，证明可以记录这种生物磁性。物理学家安妮·法布里曼特（Anne Fabricant）说：“您可以说这项研究有点像对人类进行MRI扫描。”“问题在于植物中的磁信号非常微弱，这解释了为什么在使用旧技术的情况下测量它们极其困难。”

金星捕蝇器中的电活动与磁信号相关

我们知道，在人类大脑中，某些区域的电压变化是由协调的电活动导致的，该电活动以动作电位的形式穿过神经细胞。脑电图（EEG），脑磁图（MEG）和磁共振成像（MRI）等技术可用于记录这些活动并以无创方式诊断疾病。当植物受到刺激时，它们还会产生电信号，这些信号可以通过类似于人类和动物神经系统的细胞网络传播。

测量由金星捕蝇器产生的磁信号（照片拼贴）。

一个跨学科的研究团队，由美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU），美因茨亥姆霍兹研究所（HIM），维尔茨堡的朱利叶斯·马克西米利安斯大学（JMU）的生物中心以及德国国家柏林的Physikalisch-Technisch Bundesanstalt（PTB）组成。气象研究所现已证明，金星捕蝇器中的电活动也与磁信号有关。JGU和HIM的Dmitry Budker教授的研究小组的博士候选人Anne Fabricant说：“我们已经证明了多细胞植物系统中的动作电位会产生可测量的磁场，这是以前从未证实过的。”

捕蝇草的诱捕装置由双叶诱集的叶子和敏感的毛发组成，当它们被触摸时，会触发遍及整个诱捕装置的动作电位。连续两次刺激后，陷阱关闭，任何潜在的昆虫被锁定在内部，随后被消化。有趣的是，捕集阱可以通过多种方式进行电激励：除了诸如触摸或伤害之类的机械影响外，渗透能（例如盐水负荷）以及热能或冷能形式的热能也可以触发动作电位。在他们的研究中，研究小组使用热刺激来诱发动作电位，从而消除了磁性测量中潜在的干扰因素，例如机械背景噪声。

生物磁性–检测来自活生物体的磁信号

尽管对生物磁性的研究已经在人类和动物中进行了比较充分的研究，但是迄今为止，在植物界仅进行了极少的等效研究，仅使用超导量子干涉仪（SQUID）磁力计，这些大型仪器必须冷却至低温。。对于当前的实验，研究团队使用原子磁力计来测量金星捕蝇器的磁信号。该传感器是一个充满碱性原子蒸气的玻璃池，该碱性原子对局部磁场环境的微小变化起反应。这些光泵磁力计对生物学应用更具吸引力，因为它们不需要低温冷却，并且还可以小型化。

研究人员从维纳斯捕蝇器检测到振幅高达0.5微微特斯拉的磁信号，该信号比地球磁场弱数百万倍。“所记录的信号强度类似于在动物的神经冲动的表面测量过程中观察到的信号强度，” Anne Fabricant解释说。JGU的物理学家旨在测量来自其他植物物种的更小的信号。将来，通过检测对突然的温度变化，有害生物或化学影响的电磁响应，而不必使用电极损坏植物，这样的非侵入性技术可能会在农业中用于作物植物诊断。

参考：“行动势能在肉食性维纳斯捕蝇器植物中诱导生物磁场”，Anne Fabricant，Geoffrey Z. Iwata，SönkeScherzer，Lykourgos Bougas，Katharina Rolfs，AnnaJodko-Władzińska，Jens Voigt，Rainer Hedrich和Dmitry Budker于2021年1月14日发表，科学报告.DOI：
10.1038 / s41598-021-81114-w

研究结果已发表在《科学报告》上。该项目获得了德国研究基金会（DFG），卡尔·蔡司基金会和德国联邦教育与研究部（BMBF）的财政支持。

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