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【資料圖】

人類活動帶來的重金屬污染已成為全球性難題，引發(fā)生態(tài)與健康危機。20世紀(jì)30年代以來，屢次爆發(fā)重大重金屬污染事件，對人類健康和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來了挑戰(zhàn)。重金屬污染具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點，危害大且治理成本高昂。污染物在土壤和水源中富集，并通過進食及飲水等途徑進入人體。過量攝入的重金屬在心臟、腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)等重要器官沉積，引發(fā)如心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病及癌癥等。那么，人類是否具備感知并回避重金屬離子的能力？有關(guān)人類G蛋白偶聯(lián)受體TAS2R7的體外研究表明，該受體可能介導(dǎo)感知多種重金屬離子，但其體內(nèi)功能尚需進一步研究證實。放眼自然界，重金屬污染在某種程度上也是一種自然現(xiàn)象。對于動物而言，若能進化出擁有自主性的環(huán)境與健康風(fēng)險評估能力，從而主動回避天然存在的重金屬污染區(qū)域，將對其生存以及物種延續(xù)帶來顯著優(yōu)勢。然而，我們對于生物通過感知覺系統(tǒng)檢測并主動回避重金屬元素污染介質(zhì)的能力及其相關(guān)調(diào)控機制的了解依然有限。

4月6日，中國科學(xué)院生物物理研究所朱巖研究組在iScience上，在線發(fā)表了題為Taste coding of heavy metal ion-induced avoidance in Drosophila的研究論文。該研究揭示現(xiàn)代模式動物果蠅對重金屬離子具有高度敏感的感知能力。研究發(fā)現(xiàn)，兩條依賴于離子型受體（Ionotropic receptors，IRs）的平行通路在味覺系統(tǒng)中負責(zé)果蠅對重金屬離子的感知，從而促使果蠅回避被重金屬污染的食物及環(huán)境。

科研人員系統(tǒng)檢測了黑腹果蠅及對多種金屬離子的選擇偏好，發(fā)現(xiàn)了果蠅能夠以高靈敏度感知并回避含有有毒重金屬離子的介質(zhì)。相關(guān)種屬的蠅類也有類似的能力。特別地，果蠅對二價鎘離子（Cd²⁺）的敏感性甚至與最苦的苦味劑（苯甲地那銨）的敏感性相當(dāng)。在重金屬污染環(huán)境中生活的果蠅壽命會變短；而失去味覺感知后果蠅在該環(huán)境中死亡加速。上述研究顯示，依賴味覺系統(tǒng)，動物體能夠?qū)κ澄镔|(zhì)量進行評估并決定是否攝入。進一步，研究表明，果蠅口器上味覺系統(tǒng)中的苦味感知神經(jīng)元能夠檢測食物中的重金屬離子，但苦味受體并不參與這一感知過程。在苦味感知神經(jīng)元中，離子型受體IR76b、IR25a和IR7a賦予了典型的苦味感知神經(jīng)元感知重金屬離子的新能力。研究人員還確定了另一簇獨立于苦味感知、原本介導(dǎo)回避高濃度鈉鹽的味覺感知神經(jīng)元（Ir47a⁺神經(jīng)元）。分析表明，所有的Ir47a⁺神經(jīng)元都能夠響應(yīng)于Cd²⁺的刺激。在這簇Ir47a⁺神經(jīng)元中，離子型受體IR76b、IR25a和IR47a參與調(diào)控果蠅對重金屬離子感知以及進食回避的行為。這種兩類神經(jīng)元同時感知相同物質(zhì)的調(diào)控機制，凸顯了重金屬離子感知對果蠅生存的重要性。該研究為探索生物如何通過感知覺系統(tǒng)檢測并回避重金屬污染提供了寶貴的信息，并對解析其他生物在面對重金屬污染時的適應(yīng)策略具有重要的參考價值。

未來，上述成果有望推動生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和公共衛(wèi)生等領(lǐng)域的發(fā)展，并有助于科學(xué)家更好地評估并控制重金屬污染對生物及生態(tài)系統(tǒng)的影響，為環(huán)境毒理學(xué)研究、生物傳感器開發(fā)、土壤或水質(zhì)重金屬污染的生物測定提供新思路。該方向的研究還有望為制定針對重金屬污染的治理策略提供依據(jù)，從而保護生物多樣性和人類健康。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、北京市、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃、中科院交叉學(xué)科創(chuàng)新團隊、比爾及梅琳達蓋茨基金等的支持。

論文鏈接

離子型受體調(diào)控果蠅對重金屬離子污染介質(zhì)的回避行為

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