2011年4月10日星期日

果蠅研究大事記


果蠅有1萬多條基因,其數目是人類的約三分之一,但由於控制果蠅發育的基因與人類的相似,科學家十分重視對它的研究。 作為模式生物,小小的果蠅,成為科學家揭示生命奧秘的途徑之一。 近年來,科學家在果蠅研究中屢獲進展:

2000年3月,美國科學家發現果蠅也打瞌睡。 美國加州圣迭戈神經科學研究所的科學家發現,果蠅的睡眠與人卻有著相似的機制。 如果讓果蠅很晚入睡的話,它接下來一定要把睡眠補足。

2000年3月23日,美國塞勒拉基因組學公司的科學家宣布繪製出果蠅的完整基因圖。 果蠅基因圖是人類當時繪製出的最複雜的生物完整基因圖。 科學家發現果蠅具有大量與人類相同的基因,其中包括一個關鍵的癌症基因和一組與衰老相關的基因。

2000年3月25日,美科學家利用果蠅研究帕金森氏症。 美國哈佛醫學院的科學家利用轉基因手段使果蠅也患上帕金森氏症,從而為研究攻克這種頑症的療法提供了新途徑。 科學家說,雖然果蠅看上去和人大相徑庭,但是具體到單個的神經細胞上,卻和人如出一轍。

2000年7月2日,美科學家利用果蠅研究瘧疾獲新進展。 美國科學家首次成功地將果蠅變為瘧原蟲攜帶者並通過果蠅將瘧疾傳染給雞。 這一成果據認為有助於研製對付瘧疾的新藥物和新疫苗。

2000年10月23日,科學家發現物種進化速度快於原先估計。 澳大利亞昆士蘭大學研究員伊吉及其同事通過觀察發現,一種雄性果蠅在9代之內就改變了吸引雌性果蠅的化學信號,這種化學信號的變化使雄性果蠅提高了交配的選擇性,也使雄性果蠅能夠更精確地與同類交配。

2000年12月,美專家發現果蠅長壽基因。 美國科學家發現一種使果蠅延壽的突變基因,這種基因使果蠅平均壽命從37天延長到60天,有些甚至活了110天。

2001年5月,德國科學家研究“基因開關”。 科學家利用觀察果蠅獲得的啟示,發明了一種新的方法“RNA干擾法”。 用這種方法,科學家們已能在相當短的時間里關閉果蠅的幾乎任意一個或多個基因,在人體細胞培養試驗中也成功地關閉了個別基因。

2001年6月26日,國內第一個用模式生物大規模開展遺傳學研究的發育生物學基地,即復旦大學發育生物學基地正式成立。 基地成立後,選用小鼠、果蠅、線蟲等模式生物,大規模地開展人類疾病及發育相關基因的功能研究。

2001年7月,日本科學家發現人體“短命基因”,為開發長壽藥提供了可能性。 “短命基因”最早是由美國加州理工學院的科學家1998年在果蠅細胞內發現的。 他們的研究結果還證明,抑制這種基因發揮功能,就可增強果蠅忍耐飢餓、高溫及有害物質等的能力,延長其壽命。


研究果蠅有關的諾貝爾獎


1.1933年,摩爾根從果蠅白眼突變染色體的基因之謎,獲諾貝爾生理學及醫學獎。

2.1946年,摩爾根的學生米勒,證明了X射線能使果蠅的突變率提高150倍,同時,輻射也會引起染色體畸變,獲諾貝爾獎和“果蠅的突變大師”稱號。

3.1995年,美國生物學家劉易斯和發育遺傳學家維紹斯以及德國發育遺傳學家尼斯萊因、福爾哈德一起分享了當年的諾貝爾生理學和醫學獎。 他們發現了果蠅中的特定基因,並且表明了果蠅基因在染色體上與人類的相似之處。

4.2004年,美國科學家理查德·阿克​​塞爾和琳達·巴克發現了果蠅在嗅覺功能上有個特定的大腦區域,獲得當年的諾貝爾生理學和醫學獎。

輻射災難後仍能生存的生物: 蟑螂

蟑螂是一種常見的昆蟲。也是一種最古老的昆蟲;根據化石記錄顯示,這種昆蟲早在三億五千萬年前,就已出現在地球上。而在這漫長的歲月中,牠們之所以不會被淘汰而繁衍至今,主要是牠們有旺盛的生命力及繁殖能力。大部份的蟑螂都是雜食性,與人類的食性重疊,部份蟑螂對人類的家居都有很強的入侵性,牠們繁殖力強,在人類家居棲身及覓食的同時,亦會傳播多種病原體,因此蟑螂普遍地被認為是害蟲。雖然很多人並不喜歡蟑螂,甚至要除之而後快,但蟑螂早在人類出現前的數億年已活躍於地球,從石炭紀及二疊紀的化石找到一些比現存大出數倍的物種,而經過數億年的演化,蟑螂並沒有太大的變化,人們不得不承認牠們是一種成功的生物。

一般屋舍中較為常見者有德國蟑螂 , 美國蟑螂 , 東方蟑螂 三大類,蟑螂之取食過程中,時常嘔出部份消化之食物及邊食邊排其糞便之習性,造成衛生之害,而且其具有臭腺,能分泌臭液,被爬過之食物即留下極難聞之臭味。


家居的蟑螂的身體上帶有大量的病菌,也是哮喘病或其他過敏反應的過敏源。就像很多其他昆蟲一樣,蟑螂的中樞神經不在頭部,牠的生命力十分頑強,有說蟑螂就算被去除頭部後也可以活動長至一星期的時間才死去。

蟑螂的天敵是蜘蛛、蠍子、蜈蚣、螞蟻、蟾蜍、蜥蜴等。某些鳥類也會捕食蟑螂,例如俗名Cucarachero(學名Troglodytes audax)的一種鳥。另外,家貓、猴子及老鼠也偶會捕食蟑螂。蟑螂除了上述的天敵,討厭蟑螂,把其大量殺滅的人類亦可算是蟑螂的另類天敵。


蟑螂是繁殖力很強的動物,一對德國蟑螂,一年可繁殖成為十萬隻後代。平常其卵在卵莢內需要15天才能孵化出來,剛剛孵化的蟑螂是乳白色的無翅若蟲。若蟲取食不久,因昆蟲是外骨骼的動物,要長大就必須要脫皮,一齡若蟲大概1至2星期後再行第二次脫皮,等到第3次或者4次脫皮以後,就可以看見翅芽,但要達到性成熟之成蟲階段,平均德國蟑螂都要經過6-7次脫皮。而美國蟑螂則要脫皮10-12次才行。蟑螂的生長、脫皮次數和氣候因數、食物的獲得,有著密切的關係,一般德國蟑螂可在2-3個月內完成生活週期,是屬於不完全變態或稱漸進變態的昆蟲。

昆蟲學家發現12種蟑螂可以靠漿糊活一個星期,美國蟑螂光喝水可以活一個月,若什麼都沒有可以活三個星期。

另外,蟑螂亦可以閉氣達45分鐘。亦可以減慢心跳,降低新陳代謝以延長生命。

一般常說,如果地球人使用核子武器自相殘殺以至人類滅絕的話,蟑螂會是唯一存活在地球上的的生物。蟑螂比起其他脊椎類生物有較高的抗輻射性,輻射致命劑量比人類高出六至十五倍不等,然而果蠅的抗輻射性比蟑螂更加高。 蟑螂的高抗輻射性相信是與細胞週期有關。輻射在細胞分裂的時候會造成較大的傷害。蟑螂只會在蛻皮的時候進行細胞分裂,而一個星期之內最多只蛻皮一次。蛻皮大概需要四十八小時完成。期間若有輻射侵襲,蟑螂的細胞將會受到影響。但並非所有蟑螂皆於同一時間蛻皮,即是說可能有部分蟑螂不受輻射影響。即使蟑螂在蛻皮的時候遭受輻射塵的侵襲,生存率仍然比人類高出很多。



殺滅蟑螂方法

  • 因為蟑螂的呼吸氣孔位於腹部附近,用泡沫塗於腹部可使蟑螂致命。
  • 蟑螂會游泳,即使把蟑螂丟進馬桶沖水也不能淹死它。不過利用去油劑或清潔劑去除蟑螂身上的油份,再把它丟進馬桶就可以把它沖死。
  • 蟑螂的最大弱點是不耐熱。攝氏50度以上的熱水(也可以是燒開的開水,廚房常有,因此相當好用)即可將之殺死。所以亦有人用蒸氣噴射等方法解決蟑螂問題。
  • 蟑螂屋:蟑螂有一定學習能力,對成年的蟑螂未必有效。蟑螂屋要定期清理,否則有可能反變成蟑螂的巢穴。
  • 保持家居清潔,處理積水及修理漏水的水龍頭,避免食物長期外露,定期打掃家居。
  • 將未曾利用殺蟲劑之地方架設藥餌,可有效消滅蟑螂。
  • 按1:4的比例,把肥皂溶進熱水中,用熱肥皂水直接噴在蟑螂身上,可有效殺滅蟑螂。
  • 把糖和蘇打粉各半混合,置於蟑螂出沒地,約3天-14天後,蟑螂就會消失不見。
  • 也可用馬鈴薯、硼酸自製滅蟑藥,將蒸熟後撚碎的馬鈴薯,與之相同體積的硼酸充分混合捏成塊,放在蟑螂常出沒的地方,等其食用。但如果你家裏有其他小寵物,此方法慎用。
  • 用熱水溶解適量硼酸後,用拖把或抹布擦拭地板,乾燥後,白色硼酸結晶會滲入地板縫隙,可防蟑螂、螞蟻等。
  • 將橘子皮、檸檬皮曬乾或烤乾之後,放在各類櫥櫃中,不僅有香味劑的作用,也能起到一定的防蟑螂效果。
  • 驅避蟑螂的辦法除放新鮮夾竹桃葉外,還可把鮮黃瓜放在食品櫥裏,或在室內放一盤切好的洋蔥片,蟑螂聞其味便會立即逃走。
  • 蟑螂愛吃香甜食物,可用一隻小口徑長頸玻璃瓶,瓶內放些香甜食物,瓶口塗上芝麻油,蟑螂進入瓶內,因為瓶壁被芝麻油潤滑過,蟑螂要爬出來就困難了。
  • 蟑螂愛在硬物上磨去背部污垢。可在房間角落撒些硬而帶銳棱的矽藻土,蟑螂到那裡去擦刮身體時,表面那層蠟油會擦掉過多,結果蟑螂體內的水分大量散失,脫水而死。
  • 蟑螂逃避危險,是依靠尾鬚上的感應器官感受外界震動來逃避,所以人見到蟑螂時應立即嘴發「噓」聲,干擾蟑螂的感應,然後迅速去拍打,比較容易把它打死。
  • 使用電蚊拍可能會電死成年德國蟑螂等可以飛行的小型蟑螂,而其他大型蟑螂可能直到電池沒電都還沒死去。同理,捕蚊燈可以暫時以電擊擊暈蟑螂,但殺不死蟑螂。


清大核子實驗室最近做一項研究,發現受到核子輻射照射,就算人類死光了,蟑螂還會活下來。

輻射災難後仍能生存的生物: 蠍子

    早在大約四億五千萬年以前,世界上就出現了蠍子。 它算得上是最古老的陸地動物之一了。由於蠍子是在夜間活動,白天很難找到它們。 鉗蠍,是世界上毒性最大的蠍子之一。 它的鉤子很歷害,對它可要格外小心。

    蠍子共有600  多個種類,大多生活在其它動物難以生存的不毛之地。 它們可以不吃不喝地在岩石下面待上幾個月,蠍子還利用深深的洞穴作為藏身之處。 在洞穴裡,它可以躲避沙漠地帶白天的酷熱和夜晚的寒冷。 它們很少受到外界的侵襲。 據地面幾厘米到幾米的地下都可能有蠍子存在。

    毛里斯蠍有一對挖洞用的巨大鉗子,當然還有鉤子,鉤子下面有一個裝滿毒液的毒囊。

    蠍子的生命力非常強,一隻蠍子在 -10℃的溫度下活了3  個星期。 這時把冰化開,再讓蠍子暖和過來,它的新陳代謝便很快恢復正常了。

    同樣,蠍子非常耐受高溫,突尼斯來的胖尾蠍能經受長時間的高溫,很少有動物能經受住這樣的高溫。 在溫度上升的時候,它便想挖洞了。 就是在地球上最熱的地方,蠍子也能長期存活下來。

    某國家在撒哈拉沙漠進行了一次核試驗,其它的動物都死掉了,只有蠍子還活著。 它能承受超過可致人於死地200  倍的輻射量。

    目前,我們對蠍子的生活習慣還知之甚少。 蠍子是一種很怪的動物。 就說它的視力吧,蠍子的視力很差,它幾乎完全靠觸覺來行走。 它的身下懸掛著一對叫作節的觸覺器,用它來清掃道路。

    蠍子沒有耳朵,但對振動非常敏感,所以它能夠截獲諸如螳螂一類的動物。 它們那對節能夠發現距它們1  米以外的螳螂。 它的鉗子上長著細毛,哪怕是對空氣中極輕微的震動都相當地敏感。 蠍子毒液的毒性非常大,發生作用也快。

    蝎子最愛吃的是昆蟲,它能輕而易舉地捕獲一隻大蝗蟲。 蝗蟲撓一撓鬚子也引起輕微的振動。 這可不是好玩的,逃是逃不掉的。

    蝎子沒有下顎,它靠嘴的上方兩隻小鉗子撕開食物,再吸吮獵物身上的汁液。

輻射災難後仍能生存的生物: 熊蟲 / 水熊


熊蟲的英文意思是(Water Bear),故又稱為水熊蟲,是一種非常特殊體型極小的生物,生活在我們的生活四周,我們卻不自覺,因為必須用顯微鏡才能看清牠的真面貌,如果地球滅亡了,熊蟲可能是唯一能生存下來的生物。


熊蟲屬於緩步動物門,成蟲體長大約 0.1 到 1.5 公厘,分布在全世界的各種環境中,從喜瑪拉雅的6000公尺以上的高山到4000公尺深海,從南北極到赤道都曾經發現過熊蟲的蹤跡。水熊的構造有探針(口腔中的一根針狀物,能刺穿植物細胞)、眼點(能感受到環境的明亮和陰暗)、咽喉(像一個唧筒,經由口腔吸吮植物汁液及細胞進入體內)、內在液體(水熊沒有血液,但體內的空隙都充滿液體)、表皮(可伸縮且會定期脫落)、爪(每隻腳的末端都有項鉤子般的爪)、卵巢(在惡劣的環境下都會產生具有厚殼的卵)等。


熊蟲只能在潮濕的環境下生活,淡水、濕土、樹乾、岩山以及水分充足的青苔和地衣,都是牠們棲身的所在。一旦水分不夠,身體會縮成圓桶形靜靜地忍耐蟄伏,這時熊蟲則進入假死狀態,藉由將新陳代謝調至最慢以休眠狀態而存活。很難想像吧?最高紀錄120年之後,烤得乾乾的熊蟲只要有一滴水滋潤就能復活過來。在極其惡劣的條件下,可以說唯有熊蟲的生命力最強。進入假死狀態的熊蟲可以承受幾小時零下271℃的冰凍,也能忍受150℃的高溫,還能承受最深的馬裡亞納海溝水壓的6倍,同時可在宇宙真空和強大太陽輻射的極端惡劣環境下生存,水熊抵抗輻射線的耐力是人類的千倍之多,科學家曾將牠煮沸,高壓,真空,微波,丟入液態氮都殺不死,只要加一些水牠就會復活。

輻射災難後仍能生存的生物: 細菌

據美國《連線》雜誌報導,曾經何時,科學家經常在一些被打上“不可能”標籤的地區發現生命存在。 但這扇發現之門已經很久沒有被打開過,其中的原因並不在於發現速度趨於緩慢。 如果非要給出一個理由的話,那隻能是科學家此前的發現步伐太快,以致沒有新發現浮出水面。 時至今日,科學家已經可以確定一點,地球上幾乎任何一個地區都有生命存在。

經過長達30億年的進化,生命的觸角已經延伸到地球的每一個角落,從大洋深處、洋底到平流層上端,所有最後的隱蔽處和裂縫處都有生命活動跡象。 從熾熱和冰冷到純酸性和原子彈輻射,似乎沒有什麼極端環境是細菌和微生物無法承受的。

下面這8幅圖片展現的是一些最為強悍的細菌和古細菌種群,雖然並沒有得到人們的太多重視,但它們卻也是“生物樹”上一根重量級枝幹。

1.細菌和古細菌存在巨大差異
科學家最初認為,古細菌複雜程度遠遠不及細菌,而細菌則擁有一個細胞核,實際上,任何一種理解都是錯誤的。 細菌和古細菌之間存在巨大差異,但這種差異並不體現在對其進行等級判定的方式上。 細菌和古細菌的一個共同點在於,都沒有細胞核或者其它被細胞膜包裹的細胞基礎結構。 只有構成動植物和真菌的真核細胞才擁有這種結構。


2. 格陵蘭冰川下沉睡12萬年細菌

左側的細菌名為“Herminiimonas glaciei”,是在格陵蘭一條冰川下方2英里(約合3公里)處的冰層中發現的,它是迄今為止發現的體積最小的微生物。 Herminiimonas glaciei生有類似尾巴的超長鞭毛,最適合在冰層微小的紋理中移動。 在上週發表於《國際系統與進化微生物學雜誌》的一篇研究論文中,賓夕法尼亞州大學的研究人員報告說已成功讓Herminiimonas glaciei甦醒過來,在此之前,這種細菌估計已沉睡了12萬年。 2008年6月,賓州大學研究小組報告了另一種在冰川發現並在實驗室成功甦醒的細菌——Chryseobacterium greenlandensis。 他們認為這一細菌的年齡高達兩百萬年。

3.深海火山口忍耐高溫的細菌
圖片展示的是1979年在深海火山口富含營養物質的邊緣發現的細菌——Pyrodictium abyssi,它們是最初的extremophile。 除了承受足以將潛艇壓成薄煎餅的大氣壓外,Pyrodictium abyssi還經受住超過水沸點的高溫考驗,驚人的生存能力由此可見一斑。 Pyrodictium abyssi外觀扁平,好似一個不規則的盤子,它們在中空管狀結構“套管”—— 結構上具有極強的抗熱能力——中積聚。

4. 沙漠中發現地球最強悍細菌
Deinococcus peraridilitoris球菌是耐輻射球菌一個鮮為人知的親戚,被稱之為地球上最強悍的細菌,曾入選《吉尼斯世界紀錄大全》。 Deinococcus peraridilitoris球菌於2003年在阿塔卡馬沙漠的土壤中被發現。 阿塔卡馬沙漠位於智利,由於極為乾旱荒涼,美國宇航局在此進行火星任務模擬。 據悉,這種球菌能夠經受住寒冷、真空、乾旱和輻射考驗。 其強大生存能力的關鍵在於擁有多個基因組拷貝,如果一個基因組遭到破壞,所需的片段可以從另一個基因組複製。

5.紅海鹽灘上的耐鹽細菌
圖片展示的是在紅海附近鹽灘發現的細菌Haloquadratum walsbyi。 這一地區含鹽度極高,能夠倖存下來可謂一個奇蹟,難怪博客《Snail's Tale》稱:“你和我以及其它所有地球生物都會萎縮成一袋沒有生命的干貨。”方形超扁平古細菌Haloquadratum walsbyi之所以能夠在這種惡劣條件下生存,是因為它們的表面體積比是所有地球生物中最高的,能夠有效阻止因所在地區含鹽度過高慢慢萎縮。

6.地球上抗輻射能力最強的生物
圖中展示的細菌Halobacterium NRC-1是地球上抗輻射能力最強的生物,能夠經受住1.8萬Gy(吸收劑量)輻射——10Gy輻射便可致人死亡。 Halobacterium NRC-1抗輻射能力幾乎是耐輻射球菌的兩倍,後者最初是在1950年發現的,被視為輻照後唯一的倖存者。 與耐輻射球菌和Deinococcus peraridilitoris球菌一樣,Halobacterium NRC-1也擅長修復其自身的DNA。

7.美國加州金礦毒液中的耐酸細菌
圖片展示的細菌Ferroplasma acidophilum能夠在酸性極高(pH值為零)的環境下生存,這種環境下的硫酸就像是礦泉水。 據悉,這種細菌是在加利福尼亞州一個金礦的有毒流出物中發現的,能夠將鐵作為幾乎所有蛋白質的核心構件。

8.南非礦井中自給自足的微生物
Desulforudis audaxviator可能是一個真實的“自力更生”的微生物。 相比之下,其它所有已知生物體均需要其它生物提供某些營養物質。 Desulforudis audaxviator是在南非一個礦井發現的,礦井位於地下2英里處,完全與世隔絕。 利用含鈾岩石產生的放射能作為能量,這種細菌能夠從周圍岩石和空氣中獲取所需的所有營養物質並完成新陳代謝過程。 它們是世界上已知的唯一一個單種群生態系統。

在某些情況下,細菌經常被打上“擁有獨一無二耐受性”這一標籤,但這個標籤幾乎沒有什麼粘性可言。 過去一個月時間裡,科學家並未發現用於確定一項新微生物基準的帶有新特徵的物種。 實際上,傳統的物種概念已經失效。 研究發現,細菌和古細菌之間會交換基因,而且並沒有繁殖的需要。 形像地說,就像兩個人在街上相遇,彼此交換隨身攜帶的物品。 這種可互換性顯然是在嘲笑過時的基於動物的物種概念,一些微生物學家自然希望拋棄這一概念。

在談及內臟細菌大腸桿菌時,生物學先鋒琳恩·馬古利斯(Lynn Margulis)曾表示:“如果將一個特殊的質粒植入大腸桿菌,大腸桿菌便會突然間變成克雷伯氏桿菌。你不僅改變了種,同時也改變了類,就像將一個人變成黑猩猩。將一隻黑猩猩裝進冰箱,等到第二天早上放他出來的時候,他卻變成了一個人,這種事情顯然超乎我們想像。”

我們真的很難想像,人們可能會對微生物乃一個遍布地球的“ur-生物體”(假定的第一個生命種群)這一想法習以為常。 以上8幅圖片展現的是地球上一些生命體令人生畏的適應性。