作者:饶毅 来源:科学新闻 发布时间:2013-6-26 19:52:18
老兵不死 百年亿蝇为哪般?
 
研究果蝇(fruit flies)有什么意义?
 
几毫米长的昆虫,为何一百多年仍活跃在生物科学研究的中心?
 
一文不值的蝇子为何今天还是数以千计博士教授养家糊口的道具?
 
麦克阿瑟将军所谓“老兵不死”,对果蝇研究似亦适用。
 
国内轻视科学,国外误判果蝇
 
中国文化长期存在轻视理论的倾向,发展到“文化大革命”期间表现突出,甚至导演出令人记忆深刻的电影镜头:农学院教授上课时,大讲“马尾巴的功能”。这种故意将教育和科学推到极端以便嘲笑的做法,今天虽不很多,但并未绝迹。
 
现代一些趾高气昂地对自己不懂的科学课题指手画脚的人,在本质上无异于文革期间编造“马尾巴功能”闹剧的剧作家。当时讥笑弱势的教授貌似俏皮的剧作家,映照了反智的文化。实践证明,历史的笑料是导致剧作的政治负责人而不是教授。
 
哈佛大学教授不刻意歪曲科学,但也曾误判果蝇研究的重要性。
 
1923年,William Wheeler轻蔑地称遗传学为生物学参天大树上一个自我陶醉的、根基有限的“亲爱的小肢芽”,而哈佛大学古植物学家Jeffrey到1925年还看不上果蝇研究。我们现在知道,被历史所扬弃的是他们的判断和言论。
 
也常有人以为可以告别果蝇,却有其他科学家认为果蝇仍大有可为,果蝇研究至今仍不断给人类以启示。
 
研究历程
 
果蝇,拉丁名为Drosophila,原意“爱露”,早在亚里士多德时代就被记载。它取材方便,把香蕉、苹果放在窗户上就能收集。1910年,美国遗传学家Thomas H.Morgan以果蝇作为研究工具发表论文,从而奠定了果蝇的百年辉煌。
 
1933年诺贝尔奖颁发给Morgan,因为他与学生在1910~1915年间,通过果蝇研究完善和丰富了基因的染色体学说。
 
1947年诺贝尔奖颁发给Morgan的学生Hermann Joseph Muller,因为他在1927年通过果蝇发现用X线可以诱导遗传突变,从而确定遗传突变有物理基础。
 
1995年诺贝尔奖颁发给Morgan学生Sturtevant的学生Ed Lewis、德国的Christiane Nüsslein-Volhard以及美国的Eric Wieschaus,因为他们利用果蝇研究发育,而Nüsslein-Volhard和Wieschaus的工作更掀起全世界研究果蝇的第二次高潮。
 
2011年的诺贝尔奖颁发给在法国工作的Jules Hoffman,他用果蝇研究先天免疫。当时已经是第二次果蝇研究高潮的尾端,很多人认为果蝇研究又要过时了。
 
而Jules Hoffman和同事却发现果蝇抵抗细菌感染的重要基因Toll。此前,Nüsslein-Volhard和其他实验室的研究发现Toll编码的蛋白质及其相关的信号转导通路参与果蝇腹背轴的形成。而Hoffman等进一步发现此信号转导通路从Toll受体开始不仅参与腹背轴形成,也参与抗感染。
 
当然,这些研究并非一百年来果蝇研究的全部,还有更为精彩的,如生物钟的分子机理。代表性科学家为已故的加州理工学院Seymour Benzer、Rockefeller大学的Michael Young、Brandeis大学的Jeffrey Hall和Michael Rosbash。他们的工作揭示了参与生物钟的基因,其后Joseph Takahashi等又发现小鼠生物钟的分子,从而证明果蝇与人有极为相似的机理。
 
研究果蝇直接对于遗传学,演化、发育生物学,神经生物学,细胞生物学和免疫学起了作用,又通过遗传学推动了多个基础和应用学科的发展,间接影响很广。
 
果蝇还没老死?
 
一百多年后,果蝇仍然是很多人使用的研究工具,而且不断出现重要发现。
 
很多机构仍然重视果蝇研究。例如,美国最大的慈善机构休斯医学研究所(HHMI)近年就以重金新建研究部门(Janelia farm),其主要目标是研究神经环路和现代成像,而这两个方向目前都有相当大的力度是以果蝇的神经系统为对象;美国诺贝尔奖得主密度最高的Rockefeller大学,近年招聘9个新的教职中有3个是研究果蝇的。
 
那么,果蝇研究为何经久不衰?
 
从研究方面来说,最初用果蝇进行研究是因为它饲养起来容易,并且繁殖快。从遗传学来说,果蝇染色体只有4对,其中第4号染色体很小。1933年以后,果蝇多线型染色体的发现,使其便于研究基因与染色体的关系,容易对有些基因进行物理定位。基因条带从此用了几十年,直到果蝇基因组测序后才减少使用。
 
一个生物为很多研究者所用,而不同研究者制造不同工具与大家共享,最终导致该生物体成为模式生物。
 
斯坦福大学的David Hogness上世纪70年代与大家共享克隆果蝇基因的方法。1982年,Rubin与Allan Spradling发明P转座子介导的果蝇转基因方法,以此衍生了多个方法。
 
1987年瑞士的O’Kane与Gehring发明果蝇的增强子陷阱;1988年美国的Lynn Cooley与Spradling用P转座子进行插入性遗传突变;德国的Tautz与Pfeifle于1989年发明用非同位素方法进行原位杂交,改观了基因表达的检测;1999年斯坦福大学的骆利群与李次明很巧妙地建立MARCM方法,可以分析单个细胞基因差别带来的表型
 
今天,果蝇还被作为研究癌症和其他疾病的模型,并可用以筛选治疗方法和药物。
 
果蝇的研究对高等动物有什么意义?这取决于研究的问题。研究了控制果蝇发育的基因后,找它们的哺乳类(包括人类)的相应基因,结果不仅在原理上果蝇和人相似,而且在有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。
 
麦克阿瑟引言的后半句是“战士只消隐”,果蝇何时光环褪去,恐怕不是目前在世的人能见到。一个生物是否用到尽头?下一个前沿是什么?这样的问题只有少数人能回答正确,而且需要冒险。多数人要等到结果出来后,才恍然大悟赶紧跟风放弃一个生物,或跟上使用一种生物,研究一些新的问题。■
 
(原文有删节,作者系北京大学生命科学学院院长)
 
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