科普:果蝇研究为何长盛不衰

2013-05-13 10:57:57  来源:人民日报

  美国著名将领麦克阿瑟的名言“老兵不死”,用在果蝇研究上似乎比较恰当。

  果蝇,这种只有几毫米的昆虫,100多年来一直活跃在生物科学研究的中心;它看似一文不值,却又是数以千计的博士、教授“养家糊口”的工具。1933年、1947年、1995年和2011年,6位研究果蝇的科学家先后4次斩获诺贝尔奖。到目前为止,对它的研究兴旺依然。

  果蝇为何“不死”,研究它又有什么意义?

  果蝇研究已有百年

  果蝇英文俗称为fruit fly,它的拉丁名原意是“爱露”。早在亚里士多德时代,就有对果蝇的记载。果蝇取材方便,通常在窗户放点香蕉、苹果就能收集到。

  1910年,美国遗传学家摩尔根以它作为研究工具发表论文,从此果蝇与科学结缘,也开启了研究果蝇的百年历程。

  摩尔根1933年获诺贝尔奖,得益于他和学生在1910年到1915年期间,用果蝇的研究完善丰富了基因的染色体学说;

  摩尔根的学生穆勒获得1947年的诺贝尔奖,他在1927年用果蝇发现用X线可以诱导遗传突变,确定了遗传突变的物理基础;

  1995年,摩尔根学生的学生路易斯以及德国的纽斯兰沃哈特和美国的维希豪斯分享了诺贝尔奖,他们在用果蝇研究发育的分子机理取得了重要进展。

  其间,也有科学家对果蝇的研究价值有过误判。1923年,哈佛大学教授维勒就曾轻蔑地称,遗传学不过是生物学参天大树上一个自我陶醉的、根基有限的“亲爱的小枝丫”。而直到1925年,古植物学家杰弗里还看不上果蝇研究。

  近些年,就在有人以为可以“告别果蝇”,事实再一次验证了它仍大有可为。

  2011年,佛夫曼就因在先天免疫研究上的贡献,被授予当年的诺贝尔奖,他的研究发现就来自果蝇。

  百年来果蝇研究贡献的成果还远非如此。科学家还从中发现了生物钟的分子机理。已故的加州理工学院本泽、洛克菲勒大学的扬、布兰代斯大学的霍尔和罗斯巴赫等科学家,揭示了参与生物钟的基因,其后科学家发现小鼠生物钟的分子,从而证明了从果蝇到人有极为相似的机理。

  “老兵”果蝇为何不死

  果蝇研究为何经久不衰?

  从研究方面来说,果蝇养起来容易,给点香蕉、苹果泥就可以饲养;其繁殖快的特点,也保证了实验供应。

  从遗传学角度看,果蝇染色体只有4对,其中第四号染色体很小。1933年后,果蝇多线型染色体的发现,不仅便于研究基因与染色体的关系,也容易对基因进行物理定位。基因条带从此用了几十年,一直到果蝇基因组测序后才很少人用。

  通常,一个生物为很多研究者所用,不同研究者制造不同工具与大家共享,导致该生物体成为模式生物。果蝇是典型的例子,百年来科学家发明了很多果蝇研究技术,推而广之,使果蝇研究更兴旺。

  今天,果蝇依旧是许多科学家的研究工具。美国最大的慈善机构霍华德·休斯医学研究所,近年以重金建立研究部门——Janelia农场,其领导者便是上世纪80年代发明果蝇转基因技术的鲁滨。在美国诺贝尔奖得主密度最高的洛克菲勒大学,近年招聘的9个新教职中,有3个是研究果蝇的。

  研究果蝇,对高等动物又有什么意义?

  相当多的人以为,研究果蝇早期发育可能对人类无意义,不过是科学家浪费钱钻牛角尖罢了。因为已知,果蝇的早期胚胎是合胞体,只有细胞核分裂,没有细胞膜分裂,直到几千个细胞核再开始形成细胞膜,才变成分开的细胞。而哺乳类胚胎,是一个细胞分裂成为两个细胞,几千个都是分开的细胞,不是几千个细胞核共用一个细胞,两者生物过程差别巨大。

  这种差别让人们以为其原理也很可能不同,结果科学家研究了控制果蝇发育的基因后,再找哺乳类(包括人类)的相应基因,发现果蝇不仅在原理上和人相似,甚至在某些具体基因上也相似。因此,研究果蝇的发育,为研究高等动物的发育带来了根本的突破。

  事实证明,研究果蝇对于遗传学,演化、发育生物学起了关键作用,也促进了神经生物学和细胞生物学等多个基础和应用学科的发展。

  麦克阿瑟名言的后半句是“战士只消隐”。果蝇何时消隐,恐怕不是目前所能回答的。(作者为北京大学生命科学学院教授)

关键字: 果蝇 1933年 合胞体
责任编辑: 房小葵
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