果蝇,又见果蝇
人们可能没有想到,嗡嗡作响、令人生厌的果蝇于20世纪初被遗传学大师摩尔带入实验室后,竟已成就了7位诺贝尔奖获得者。
在中国,以果蝇为研究工具,神经生物学家们同样取得了令人关注的成果。
被人称为“果蝇院士”的中科院院士郭爱克,是刘力和龚哲峰学生时代的共同导师。作为新中国第一位留德博士,郭爱克近年来已经连续3次在《科学》杂志上发表文章。
2001年,郭爱克研究小组首次发现了果蝇具有简单抉择能力,并且“蘑菇体”参与其中;2005年,该小组继续深入“两难抉择”研究,发现了果蝇跨视觉和嗅觉记忆的“共赢机制”;2007年,他们则聚焦于面临冲突环境时果蝇价值抉择的神经环路机制。
名师出高徒。刘力也曾两次在英国《自然》杂志发表文章。2006年,他在中科院生物物理所的研究小组从基因、细胞、脑结构以及行为等多个层面,第一次精确定位了果蝇视觉学习记忆的脑功能区——扇形体。
这些喜欢环绕着腐败水果飞行的小家伙,为什么会被生命科学家宠爱至极,并且占据生命科学研究舞台百年之久呢?
“果蝇是人类窥见自己复杂神经的一扇窗口。它结构简单,繁殖快速,易于改造,非常适宜做神经生物学的研究模型。”面对记者的疑问,龚哲峰道出了果蝇的妙处。
果蝇容易饲养,平均一年30代的繁殖速度,使科学家们能够在较短的时间内培养出大量的特定种系。随着2000年果蝇基因组的测序完成,研究者更是可以准确、迅速地对其进行改造。
此外,小小果蝇的神经系统和人类也颇具相似之处,在人类的大脑中,活跃着大约1000亿个神经元,而果蝇只相当于人类的万分之一。因此,果蝇也已成为研究神经结构和定位记忆方面最好的生物模型。
物体进入人们的眼中,大脑会对图像分类后加以储存,从而构建出思维与情感,或者发出指令。那么,果蝇眼睛中的刺激传到脑中,又是如何学习和记忆的呢?
在刘力的实验室里,记者见到了一套为果蝇量身打造的“飞行装置”。该装置可以呈现出不同的视觉图案——正T和倒T字母,主要作用是教导果蝇“学习”。
果蝇在明亮的圆筒形空间向眼前的视觉目标飞去,如果它总是飞向倒T字母,电脑就会立即发出指令,烫它的屁股。慢慢地,果蝇学会了“吃一堑,长一智”,认识到倒T字母是危险的,而自觉地转向正T字母。
通过这套设备,就可以模拟出果蝇的学习过程,建立视觉、神经和行为之间的动态神经回路。
“总之,上述研究成果的获得,小家伙们功不可没。果蝇和人类大脑在基本功能上有着相似性,探究果蝇视觉行为的深入机理,对我们自己大脑的解读颇有启示。”龚哲峰说。