科学新知-"用舌头舔"-秀丽用舌头舔隐杆线虫诺奖四杀！但线虫怎么就秀丽了呢？

秀丽用舌头舔隐杆线虫诺奖四杀！但线虫怎么就秀丽了呢？_ZAKER新闻

据悉，经现场初步调查，与体育馆毗邻的教学综合楼施工过程中，施工单位违规将珍珠岩堆置体育馆屋顶。受降雨影响，珍珠岩浸水增重，导致屋顶荷载增大引发坍塌。南都记者梳理发现，设施项目监理单位为黑龙江炳盛工程咨询有限公司，成立至今不足3年。事发24小时，仍有诸多疑问待解。

嗯，在了解今日主角之前先虫恐预警吧 _ ( : з」∠ ) _10 月 7 日，诺贝尔生理学或医学奖揭晓。今年这一荣誉颁给了维克托 · 安布罗斯（Victor Ambros）和加里 · 鲁夫昆（Gary Ruvkun），以表彰他们在微小 RNA（microRNA）领域的贡献。（戳详细诺奖解读）虽然两位研究者今年都是首次获得诺贝尔奖，但他们的研究对象秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）却已经是诺奖常客了。到目前为止，共有四届诺奖都与这种不起眼的小虫子有关。嗯？线虫是什么？又怎么秀丽了？怎么还能斩获诺奖呢？显微镜下的秀丽隐杆线虫丨 kdfj / wikimedia它们无处不在秀丽隐杆线虫属于线虫动物门，门内包含了超过两万五千种无脊椎动物。在适宜的环境里，每一平方米就有可能生活着数以千万计的线虫。按个体数量计算，地球上80%的动物都是线虫——全世界的动物们排排站好，你和下一位 " 非线虫 " 之间平均隔着四条线虫。一种根结线虫正试图钻进番茄的根丨 William Wergin & Richard Sayre / Wikimedia 这类平时少有人注意的生物，是地球生物圈中分布最广的类群，两极、高山、沙漠、大洋海底，都能见到它们的身影。美国线虫分类学先驱纳丹 · 科布（Nathan Cobb）曾说，如果宇宙中除了线虫之外的所有物质都瞬间消失，那么虚空中漂浮的线虫将会是一个地球表面的复刻——山川湖海，城镇乡村，甚至树木和动物，恐怕都可以通过分布其中的特定种类的线虫还原出轮廓。然而线虫不光是 " 地表最强 "。2011 年，科学家们在南非地下几公里深的金矿表面，发现了以细菌为食的线虫。另外，还有相当一部分线虫是寄生性的，比如我们最熟悉的蛔虫。线虫动物门的多样性，其中 a 是一种蛔虫，b 是秀丽隐杆线虫丨 Blumenthal & Davis / Nature Genetics（2004）相比于体长可达 30 厘米的面条蛔虫，秀丽隐杆线虫可谓体态娇小，成熟个体不过 1 毫米长，头尾尖尖，中间是一段可以自由弯曲的圆柱体。它的属名 Caenorhabditis 中包含了 " 杆状的 " 词根（rhabditis），而种本名 elegans 是 " 秀丽、优雅 " 的意思。看看秀丽隐杆线虫正弦波一般的运动方式，你大概就会明白这个全身透明没有颜色的 " 小虫子 " 是如何得到这个名字的了。另外与蛔虫不同的是，秀丽隐杆线虫是非寄生性线虫。秀丽隐杆线虫 " 优雅 " 的前进方式丨 Bob Goldstein / wikimedia线虫就是躺呀躺着走线虫虽小，" 五脏 " 俱全。作为发育上和人类一样拥有三个胚层的动物，秀丽隐杆线虫的外胚层发育成了多个细胞融合的 " 合胞体 "，正是这层结构分泌的胶原蛋白组成了覆盖全身的 " 皮 "，它是能够随着虫体生长而蜕落更新的 " 外骨骼 "。这也是线虫动物门的特征之一，表明它们和同样蜕皮的节肢动物门亲缘关系相近。箭头所示为线虫身体不同部位融合形成的 " 外骨骼 "。丨 wormatlas.com皮层下方是中胚层形成的四条纵贯身体的肌肉带，由一套相互连接的神经细胞控制。由于肌肉的收缩方式，动图中看到的其实是背腹方向的 " 弯腰 "，所以正常的秀丽隐杆线虫总是在侧躺着走路。免疫荧光染色技术，勾勒出了秀丽隐杆线虫的肌肉束丨 wormbook.org肌肉内侧则是一个充满液体的假体腔，再往里就是一条直来直去的消化道——口后方是附有肌肉细胞、可以碾碎食物的咽部，再往后就是肠道；肠道前后各有一小圈环状细胞组成两个 " 阀门 "，可开可关，相当于我们人类的贲门（食道进胃的入口）和肛门。长长的生殖腺就贴在消化道旁边。千里挑一才有 " 真男人 "从人类的角度来看，秀丽隐杆线虫的生殖方式比较奇特，分为 " 雌雄同体 " 和 " 雄性 " 两个性别。正常生长的群体中绝大部分个体是雌雄同体：在发育未完全成熟的阶段，雌雄同体产生精子并储存在生殖腺中；发育成熟的个体产生卵子，和准备好的精子结合形成受精卵。雌雄同体的内部结构丨 wormatlas.org雌雄同体严格来说是一种雌性，基因组中包括五对常染色体和两条 X 性染色体。生成的精子和卵细胞都包含一套五条常染色体和一条 X 染色体，所以结合之后产生的胚胎自然绝大部分都是雌雄同体（5*2+2X）。不过受精卵有极小概率随机丢失一条 X 染色体，就会转而发育成雄性个体，可谓千里挑一的 " 真男人 "（5*2+X）。雌雄同体自体授精能产生大约 300 个受精卵，而雄性个体给雌雄同体授精后，后代数量可以超过 1000 个。遇到雌雄同体后的雄性与对方 " 亲密接触 "，用尾部的扇状结构找到生殖腺开口进行授精丨 Kbrugman / wikimedia诺奖四杀是如何完成的秀丽隐杆线虫最重要的身份就是科研模式生物了。在生物遗传学研究初现繁荣的 20 世纪 50 年代，南非生物学家西德尼 · 布伦纳（Sydney Brenner）为分子生物学的发展做出了巨大贡献，不过随后他转而把兴趣放到了生物体的神经发育机制上。然而人类的神经系统由一千亿个神经元组成，要怎么研究呢？布伦纳找到了 " 身怀绝技 " 的秀丽隐杆线虫。首先，秀丽隐杆线虫体型小，吃得简单，长得快，生命力顽强——在实验室常用的琼脂平板上养好一层大肠杆菌后放上线虫，线虫就能愉快地边吃边繁殖，室温环境下三四天就能繁殖一代，寿命大约三周。实验人员想放假？没问题。把平板直接放进 -80 ℃的冰箱冻上，出门浪完回来解冻一下，线虫照样活蹦乱跳。雌雄同体自体授精的它们可以很方便地传代，而雄性的存在又为不同基因型的杂交提供了便利。培养皿中间是大肠杆菌菌落，周围一圈黑黑的是含有秀丽隐杆线虫的土壤样本（A）；以细菌为食的线虫被食物吸引如土壤中钻出，挑出这些具有活性的线虫个体，以进行下一代繁殖（B）丨 Antoine Barri è re & Marie-Anne F é lix / wormbook.org其次，线虫简单又完整的身体构造是很好的研究起点。1983 年，英国科学家约翰 · 苏尔斯顿（John Sulston）研究了秀丽隐杆线虫的发育过程。在没有先进仪器的年代，苏尔斯顿靠着在光学显微镜下肉眼观察透明虫体，绘制了线虫全部细胞的发育图谱——从受精卵第一次分裂开始，线虫的每次细胞分裂、每个细胞的功能和命运是完全确定的。这是世界上首个多细胞生物的细胞发育谱系。以点表示神经细胞胞体，以线表示神经细胞的树突与轴突，科学家绘制出了线虫的神经细胞图谱丨 The OpenWorm今天，几乎所有发育生物学课本中都会提到，雌雄同体线虫在发育过程中会产生 1090 个细胞，其中有 131 个会在产生后启动一个正常的凋亡程序而死去，只留下 959 个。2002 年，诺贝尔生理学及医学奖颁发给了布伦纳、苏尔斯顿和霍维茨（Howard Robert Horvitz）三位科学家，表彰他们在器官发育调控和程序性细胞凋亡研究中的贡献。线虫在诺奖名单上拿下一血。左起依次为布伦纳、霍维茨和苏尔斯顿，遗憾的是苏尔斯顿已于 2018 年 3 月逝世丨 nobelprize.org仅仅四年之后，诺贝尔生理学及医学奖颁发给了安德鲁 · 法厄（Andrew Fire）和克雷格 · 梅洛（Craig Mello），以表彰他们阐明了线虫的 RNA 干扰机制——两人从不符合预期结果的空白对照组中，发现了生物体可以探测病原体双链 RNA，并以此为 " 向导 " 攻击病原体基因组。现在，RNA 干扰机制已经成为了生物学研究的常用工具。线虫当之无愧拿下了诺奖双杀。2008 年诺贝尔化学奖，三位获奖人之一的马丁 · 查尔菲（Martin Chalfie）正是把绿色荧光蛋白用在了线虫研究中。线虫完成诺奖三杀。被插入了编码绿色荧光蛋白基因的秀丽隐杆线虫。丨 Dan Dickinson，Goldstein lab，UNC Chapel Hill然后就是今年的诺贝尔奖了。获奖者安布罗斯和鲁夫昆分别研究了线虫的两个突变株，这些突变株在发育过程中表现出基因激活时间的异常。他们由此发现了一种全新的基因调控原理，这一机制由微小 RNA实现，这是一种此前未知的 RNA。现在，我们知道人类基因组编码超过 1000 种微小 RNA。没有微小 RNA，细胞和组织就无法正常发育。而这一重要发现，离不开好用的模式生物——线虫。生命充满奥秘，如同另一个宇宙。图为对细胞核进行了荧光染色后呈现出的秀丽隐杆线虫丨 queensu.ca事实上线虫在生物学研究中有着更广泛的应用。1998 年，通过人类基因组计划的一个 " 预实验 "，秀丽隐杆线虫成为世界上第一种被全基因组测序的多细胞生物。而截至 2012 年，由 302 个细胞连接组成的线虫神经网络，也完成了 " 连接组 " 测定。体态优雅的秀丽隐杆线虫，将继续为人类揭示生命机制的奇妙。作者：卢平本文来自果壳自然（ID：GuokrNature）如需转载请联系 sns@guokr.com欢迎转发到朋友圈