據外媒報道，一項新研究發現，蛔蟲對亮光的反應改變了它們“口腔”的物質流動，揭示了神經元控制肌肉細胞的新方法。十多年來，研究人員已經知道，儘管缺乏眼睛和視覺所需的吸光分子，但蛔蟲Caenorhabditis elegans可以“檢測”和避免短波長的光。
作為霍維茨實驗室的一名研究生，Nikhil Bhatla對這種能力提出了一個解釋。他觀察到，光照不僅使蛔蟲蠕動，而且還促使它們停止進食。這條線索導致他進行了一系列的研究，表明蛔蟲根本沒有“看到”光–它們正在“檢測”光產生的有毒化學物質，如過氧化氫。不久之後，霍維茨實驗室的研究人員意識到，蛔蟲不僅能嘗到光產生的討厭的化學物質，它們還能把它們吐出來。
現在，在《eLife》上發表的一項研究中，由研究生Steve Sando領導的團隊報告了C. elegans中吐出的機制。單個肌肉細胞通常被認為是神經元能夠獨立控制的最小單位，但研究人員的發現對這一假設提出了質疑。在吐出物質的情況下，他們確定神經元可以指導單個肌肉細胞的專門亞區產生多種運動–擴大了我們對神經元如何控制肌肉細胞以塑造行為的理解。
麻省理工學院生物學教授、麥戈文大腦研究所和科赫綜合癌症研究所成員、霍華德-休斯醫學研究所研究員以及該研究的資深作者H. Robert Horvitz說：”Steve 有一個了不起的發現，即一個特定肌肉細胞的小區域的收縮可以與同一細胞的其他部分的收縮脫鉤。此外，Steve 發現，這種亞細胞的肌肉區間可以由神經元控制，從而極大地改變行為。”
蛔蟲就像吸塵器一樣，在周圍蠕動着吸走細菌。蟲子的“嘴”（也稱為“咽”）是一個肌肉管子，它可以捕獲食物，將其咀嚼，然後通過一系列的”抽吸”收縮將其轉移到腸道中。
十多年來，研究人員已經知道，蛔蟲會逃離紫外線、紫光或藍光。但是Bhatla發現，這種光也打斷了咽部的持續抽動，因為光產生的味道非常討厭，以至於蠕蟲暫停了進食。當他仔細觀察時，Bhatla注意到蛔蟲的反應實際上是相當細微的。在最初的停頓之後，咽部短暫地再次開始短促地抽動，然後完全停止–幾乎就像蟲子在品嘗了難聞的光線之後還在咀嚼一番。有時，一個氣泡會從口中流出，就像打嗝一樣。
在他加入這個項目后，Sando發現，這些蛔蟲既沒有打嗝，也沒有繼續咀嚼。相反，”爆裂泵”正在將物質推向相反的方向，從嘴裡出來，進入當地環境，而不是進一步回到咽部和腸道。換句話說，“味道不好”導致蠕蟲吐出。然後，Sando花了數年時間用強光在顯微鏡下追逐他的研究對象，並以慢動作記錄它們的行動，以便確定這種行為所需的神經迴路和肌肉運動。
“發現蛔蟲在‘吐口水’讓我們相當驚訝，因為嘴巴似乎就像它在咀嚼時一樣在移動，”Sando說。”事實證明，你真的需要放大並放慢速度來看看發生了什麼，因為動物是如此之小，而行為發生得如此之快。”
為了分析在咽部發生了什麼以產生這種“吐口水”的動作，研究人員使用了一束微小的激光，通過手術從口腔中移除個別神經和肌肉細胞，並分辨出這是如何影響蛔蟲的行為。他們還通過用特別設計的熒光”報告”蛋白標記它們來監測口中細胞的活動。
他們看到，當蛔蟲在進食時，靠近咽部前端的三個稱為pm3的肌肉細胞以同步脈衝的方式一起收縮和放鬆。但是一旦蛔蟲嘗到了光的味道，這些單個細胞中最靠近口腔前部的亞區就會鎖定在收縮狀態，打開口腔前部，讓物質被推出去。這扭轉了攝入物質的流動方向，並將進食轉化為吐出。
研究小組確定，這種”解耦”現象是由蛔蟲口腔後部的一個單一神經元控制的。這個神經細胞被稱為M1，它在pm3肌肉的前端刺激了鈣的局部流入，可能負責觸發亞細胞收縮。
M1負責轉發重要信息。它接收來自許多不同神經元的傳入信號，並將這些信息傳遞給參與“吐口水”的肌肉。Sando和他的團隊懷疑，傳入信號的強度可以調整蠕蟲對品嘗光的反應行為。例如，他們的研究結果表明，令人反感的味道會引起強烈的反應，而輕微的不愉快的感覺會使蠕蟲更溫和地吐出，只需將內容物噴出即可。
在未來，Sando認為這種蠕蟲可以作為一個模型來研究神經元如何觸發肌肉細胞的亞區收縮和塑造行為–他們懷疑這種現象發生在其他動物身上，可能包括人類。
“我們基本上找到了一種神經元移動肌肉的新方法，”Sando說。“神經元協調了肌肉的運動，這可能是一個新的工具，使它們能夠施加一種複雜的控制。這是相當令人興奮的。”