在动态变化的自然环境中，生物体能否提前感知并适应即将到来的挑战，直接关系到其生存与繁衍。光信号是一种普遍而可靠的环境线索，不仅调控昼夜节律，还与昼夜乃至季节性的温度变化密切相关：黎明的曙光往往预示着气温上升，而黄昏则常伴随降温。因此，生物如何感知并解读光信号，并将其转化为对温度变化的生理准备，是一个具有普遍意义的科学问题。

秀丽隐杆线虫是一种经典的无眼模式生物。此前研究发现，它通过感光蛋白 LITE-1 感知强光，并触发回避行为以避免潜在的辐射损伤。然而，一个长期悬而未决的问题是：除了这种被动的“避害”反应，线虫是否还能将光感知作为一种主动的“预警”系统，用于预测环境变化并提前调整生存策略？

近日，北京大学未来技术学院、北大-清华生命科学联合中心刘颖课题组在Cell Research发表题为Light sensing enhances thermotolerance and competitive fitness via serotonergic signaling in an eyeless organism的研究论文，系统揭示了线虫如何利用低强度光信号作为环境预警线索，提前激活耐热防御程序，从而提高自身及后代在高温环境下的生存能力，并在动态环境中体现出重要的适应价值。

研究发现，线虫感光神经元ASK中的感光蛋白LITE-1能够感知低强度光刺激，其强度接近日出时的自然光。该信号随后传递至血清素能神经元ADF，促使其释放血清素。血清素作为关键信号分子，通过激活肠道和肌肉组织中的血清素受体SER-5，引发G蛋白信号通路，最终激活热应激转录因子HSF-1，上调热激蛋白（HSPs）的表达，从而显著增强线虫在随后高温胁迫条件下的存活能力。

图一｜光感知通过神经—外周轴增强线虫耐热性

除即时的生理保护外，光感知还影响线虫的生殖行为与跨代适应。研究显示，在由暗转光的环境中，成虫会暂时延缓产卵，将对温度高度敏感的胚胎保留在母体内，从而避免其暴露于潜在的高温风险；而在由光转暗的条件下，成虫则加快产卵，使胚胎在相对安全的环境中孵化。这一行为调节依赖于血清素受体SER-7在肌肉组织中的功能。更进一步，研究发现母体经历光刺激后，其后代即使未直接接触光照，也表现出更强的耐热能力，表明光信息可以作为一种跨代信号由母体传递给子代。这一跨代保护效应依赖于生殖细胞中血清素受体SER-1的功能。值得注意的是，血清素这一经典神经递质在光诱导的适应性反应中，展现出显著的组织特异性和功能多样性，凸显了其在整合环境信号与系统性应答中的复杂调控作用。

在进一步的多代实验中，研究团队在模拟昼夜交替和食物波动的条件下发现，具备完整光感知能力的线虫在长期群体演替中逐渐占据优势，而在温度和食物恒定的稳定环境中，这种优势并不明显。这一结果表明，光感知所带来的生理准备在动态、接近自然的环境中尤为重要。

图二｜光感知调控线虫生理、行为与跨代耐热适应

总体而言，该研究突破了以往将光感知局限于视觉或回避行为的传统认识，首次系统揭示了光作为环境预警信号，在调控生理应激、行为决策和跨代保护中的重要作用。研究提出了一种无需视觉、基于环境预测的适应性调控范式，为理解生物如何整合环境线索、提前应对胁迫提供了新的理论视角，也为探索光—应激通路在不同物种中的演化保守性奠定了基础。

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研究领域：

细胞应激与稳态调控