模式生物
模式生物的概念

模式生物的概念
模式生物是指在生命科学研究中被广泛用作模型的生物物种。
这些生物通常具有一些特殊的生物学特征或行为,使其成为研究特定生命现象或过程的理想模型。
模式生物的选择通常基于以下几个因素:
1. 代表性:模式生物的生物学特征或行为应能够代表一类生物或一种生命现象,从而使研究结果具有普适性。
2. 实验便利性:模式生物应易于在实验室中培养和操作,以便进行各种实验研究。
3. 基因组简单:一些模式生物的基因组相对较小且简单,这有助于对基因功能和调控机制的研究。
4. 发育过程:一些模式生物的发育过程相对简单,有助于研究胚胎发育和细胞分化等过程。
5. 遗传学:模式生物的遗传学特征应较为清楚,便于进行遗传学研究和基因操作。
常见的模式生物包括大肠杆菌、酵母、果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠等。
这些生物在基因功能、细胞生物学、发育生物学、神经科学等领域的研究中发挥了重要作用。
选择合适的模式生物对于生命科学研究的成功至关重要。
通过对模式生物的研究,可以深入了解生命现象的基本原理,并为人类健康和疾病治疗提供重要的线索和启示。
生命科学研究中常用模式生物

生命科学研究中常用模式生物生命科学研究中,模式生物是指研究中常用的一些物种,它们具备生物学研究所需的优点和特征,例如生长速度快、生命周期短、实验条件易于控制、遗传变异小等。
这些物种广泛分布于生物界不同的门、纲、目、种等级别之下,包括细胞、组织、器官和整个个体等层次,涵盖了生命科学的各个领域,成为生物学研究中的重要工具和突破口。
下面列举几种常见的模式生物。
1. 酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)酵母菌是一种真菌,是生物制造酒、发酵面包等饮食品的重要材料之一,由于其在生命科学研究中的应用广泛,成为了模式生物的代表之一。
酵母菌具有生长速度快、细胞结构简单、基因与人类保守程度高等优点,是研究基因功能、基因表达和细胞周期等生命科学问题的理想模型。
目前,酵母菌已成为遗传学、细胞生物学、分子生物学研究中的重要工具,在人类遗传疾病研究中也有着广泛的应用。
2. 拟南芥(Arabidopsis thaliana)拟南芥是一种小型花草,是植物遗传学和发育生物学的经典模式生物。
它具有生命周期短、遗传变异小、基因组规模小等特点,同时具备发育过程完整、花草特征鲜明等优点,是研究植物系统生物学、基因表达、发育调控和代谢调节等方面的良好模型。
通过拟南芥的基因克隆、表达及遗传变异等研究,已经取得了一些重要进展,并在植物基因研究、转基因技术、抗逆性育种等方面有着广泛的应用。
3. 果蝇(Drosophila melanogaster)果蝇是小型昆虫之一,是生命科学研究中的著名模式生物之一。
它具有短寿命、繁殖能力高、体积小、适应各种实验条件等优点,是研究生物发育、遗传学、神经科学和行为学等方面的常用模型。
在果蝇体内,有大量基因表达分析和基因功能研究的数据可供使用,基因与功能关系的系统知识图谱呈现出极其丰富的信息,有助于我们更好地理解生命科学的基本问题。
4. 斑马鱼(Danio rerio)斑马鱼是一种水生动物,同时也是一种非常重要的模式生物。
常见的模式生物有

常见的模式生物有:[海胆]seaurchin是最早被使用的模式生物,主要用于早期发育生物学(受精,早期胚胎发育)。
1891年,HansDriesh在显微镜下把刚刚完成第一次卵裂的海胆胚胎一分为二,发现分开后的两个细胞各自形成了一个完整幼虫,证明了胚胎具有调整发育的能力.为现代发育生物学奠定了第一块观念里程碑.[黑腹果蝇]fruitfly,Drosophilamelanogaster主要用于遗传和发育研究其特点为:繁殖迅速,染色体巨大,易于进行基因定位.由14个体节构成的躯干完全对称,一套基因控制了这些体节从上到下的发生过程,这套基因普遍存在于从昆虫到人的基因组中,是决定机体左右对称布局形成的最基本因素。
[秀丽隐杆线虫]nematode,Caenorhaditiselegans特点:1)通身透明,长不过1mm2)身体中所有细胞能被逐个盘点并各归其类幼虫:556个体细胞,2个原始生殖细胞成虫:雌雄同体成虫:959个体细胞,2000个生殖细胞雄性成虫(偶见):1031个体细胞,1000个生殖细胞3)生命周期短,从生到死仅为三天半,使得不间断地观察并追踪每个细胞的演变成为可能4)把线虫浸泡到含有核酸的溶液中可实现基因导入[酵母]特点:1)是单细胞生物,可在基本培养基上生长,可通过改变物理或化学环境完全控制其生长2)在单倍体和二倍体的状态下均可生长,并可在实验条件下控制单倍体和二倍体之间的相互转换,这对其基因功能的研究十分有利3)有将近31%编码蛋白质的基因或ORF与哺乳动物编码蛋白质的基因有高度的同源性[斑马鱼]zebrafish和[非洲爪蟾]southAfricanclawedtoad是目前最常用的两种模式低等脊椎动物斑马鱼特点:1)产卵多,繁殖迅速2)胚胎通体透明,是进行胚胎发育机理和基因组研究的好材料非洲爪蟾特点:1)卵母细胞体积大,数量多,易于显微操作,还可制成具有生物活性的无细胞体系,易于生化分析,在卵母细胞减数分裂机理研究中有重要作用[小鼠]mouse17世纪开始用于解剖学和动物实验,经长期人工饲养选择培育,已育成千余个独立的远交群和近交系,是生物医学研究中广泛使用的模式生物,是当今世界上研究最详尽的哺乳类实验动物。
发育生物学课件第三章模式生物

模式生物在研究中的价值和作用
模式生物是研究发育生物学的重要工具,因为它们具有易于观察和研究的特点。 模式生物在发育生物学研究中具有代表性,因为它们的基因和生理过程与人类相似。 模式生物在发育生物学研究中具有可重复性,因为它们的基因和生理过程相对稳定。 模式生物在发育生物学研究中具有可预测性,因为它们的基因和生理过程可以预测和模拟。
模式生物的发育特征和 机制
模式生物的生殖方式及受精过程
模式生物的胚胎发育过程和特点
胚胎发育过程:从受精卵开始,经过细胞分裂、分化、组织形成等阶段,最终形成完整的个体 特点:胚胎发育过程中,细胞分化和组织形成具有高度有序性和精确性 胚胎发育机制:基因表达调控、信号传导、细胞间相互作用等 模式生物在发育生物学研究中的应用:作为研究对象,揭示发育过程中的普遍规律和机制
发育生物学课件 第三章模式生物
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模式生物在发 育生物学中的 重要性
模式生物的发 育特征和机制
模式生物在研 究中的实际应 用
比较不同模式 生物的发育特 点和机制
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模式生物在发育生物学 中的重要性
常见的发育生物学模式生物介绍
果蝇:研究遗传学、发育生物学的重要模式生物 线虫:研究神经生物学、发育生物学的重要模式生物 斑马鱼:研究发育生物学、遗传学、神经生物学的重要模式生物 小鼠:研究遗传学、发育生物学、免疫学、神经生物学的重要模式生物 拟南芥:研究植物发育生物学、遗传学、分子生物学的重要模式生物 酵母:研究遗传学、分子生物学、细胞生物学的重要模式生物
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模式生物在疾病模型中的应用:通过构建模式生 物的疾病模型,可以研究疾病的发生、发展和治 疗,为疾病的预防和治疗提供科学依据。
遗传学模式生物

遗传学模式生物遗传学模式生物是指在遗传学研究中起到模板作用的生物材料。
这些模式生物因其易培养、繁殖周期短、基因组较小、基因功能研究比较方便等特点,成为了基因遗传研究的主要研究对象。
下面我们将介绍几种经典的遗传学模式生物。
一、果蝇(Drosophila melanogaster)果蝇是最常见的遗传学模式生物之一,于1910年被孟德尔·摩根利用其眼色变异分离得到。
果蝇体形小,易于培养,其全基因组已经被测序,且存在大量研究成果和遗传工具,成为遗传学、发育生物学和神经科学等领域的重要研究对象。
尤其是因其生殖周期短,且交配能力强,可以快速进行杂交试验,使果蝇成为遗传分析中的经典模式生物。
二、酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)酵母菌是一种单细胞真菌,因其生长迅速,培养容易,生殖周期短且易于遗传操作,故常被用于遗传学研究。
此外,酵母菌还被用于研究细胞增殖、细胞周期、基因表达、DNA修复等方面。
酵母菌基因组简单,且存在基因交换、基因敲除等遗传工具,为基因功能研究提供了重要平台。
拟南芥是作为植物学研究的器材而广为使用的植物模式生物。
拟南芥的基因组超过1亿碱基对,具有复杂的基因组结构和基因功能网络。
其短而精简的生长和生殖周期,揭示了生长和发育的分子机制。
同时,拟南芥还较为适合进行基因敲除和转基因实验,对于研究基因信号传递、细胞增殖及各种生物发育过程等,都有重要作用。
线虫是一种透明的微小生物,由于其简单而固定的神经系统、短的生命周期、清晰的细胞发育图像等特点,已成为研究神经科学、发育生物学、遗传学等问题的著名模式生物。
线虫基因组大小适中,缺乏组蛋白修饰,遗传稳定性高且存在基因的绝对性表达和完整的遗传工具,为遗传和发育的研究提供了重要手段。
五、小鼠(Mus musculus)小鼠因为其与人类基因组相似度较高,其常常被用于疾病模型的构建和基因功能研究。
鼠类基因组已经被完整测序,此外,小鼠还包括了许多基因敲除、转基因技术和DNA克隆等遗传工具,可用于探索小型RNA调节、遗传重组、细胞信号传递等生命科学中的重要问题。
分子遗传学中的模式生物

分子遗传学中的模式生物分子遗传学是对于基因、DNA和遗传现象等的研究,而模式生物则是在各个研究领域中被广泛应用的生物。
这些模式生物常常具有以下特征:繁殖快速、重要的基因、易于操作、胚胎发育完整、具有多种遗传学变异等特点。
模式生物的主要作用是帮助科学家们更深刻理解基因、遗传物质的组成和功能,在分子遗传学领域中也是如此。
在此,我们将介绍分子遗传学中经常使用的一些模式生物。
1.酵母菌酵母菌(酵母菌属)是一种真菌,作为一种单细胞生物,酵母菌有着相对较高的基因复杂度。
因此,酵母菌被广泛应用于分子遗传学研究中。
酵母菌被广泛应用于基因转录、翻译、蛋白质交互以及DNA复制等方面。
酵母菌的基因组已经被完全测序,完全的开放式阅读框架(ORF)也已经被确定。
2.果蝇果蝇是一种非常常见的昆虫,也是分子遗传学的重要模式生物之一。
果蝇可以被在短时间内培养和繁殖出大量的后代,并且具有多种遗传学变异的特点,因此在随机突变的筛选和精细遗传学研究中被广泛应用。
3.线虫线虫是一种小型的、透明的无节肢动物,也是一个常见的模式生物。
线虫因其有限的体腔和众多神经元的构造被广泛应用于神经学和行为学研究。
线虫基因组长度只有100Mbp,因此被广泛用于转录调控、神经元发育及细胞死亡等方面的研究。
4.小鼠小鼠是哺乳动物中的一种,被广泛应用于分子遗传学和病理学研究中。
小鼠基因组长度为3Gbp,与人类相似度高达90%。
将小鼠与疾病的一些基因缺陷体系相结合,可以用来研究某些疾病出现的原因和机理。
5.仙人掌仙人掌(阿拉伯瓶子草)是通常被用于植物分子遗传学研究的模式生物。
阿拉伯瓶子草是一种可以自我授粉的植物,采用遗传分析方法主要用于植物与内源激素之间互作的研究,还可以用于研究植物对压力的响应机制和植物的光合途径调节等方面。
6.大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)是一种常见的细菌,被广泛应用于分子遗传学和基因工程研究中。
大肠杆菌可以非常便利的分离、培养和遗传操作,还可以制备载体和表达质量良好的蛋白质等。
生命科学研究中常用模式生物3篇

生命科学研究中常用模式生物第一篇:小鼠小鼠是生命科学研究中最广泛使用的模式生物之一。
小鼠经过长期人工驯化和育种,演化成约160多个品系,具有丰富的生物学特征和行为特性。
小鼠是哺乳动物,具有与人类相似的解剖和生理结构,包括五官感知、神经系统、免疫系统、内分泌系统、生殖系统等。
小鼠也是遗传学研究的理想模式生物,它们具有易于繁殖和繁殖速度快的特点,使得后代种群能够快速扩大,有助于基因突变、基因编辑和基因敲除等技术的应用。
小鼠还可以诱导特定疾病模型,如癌症、糖尿病、自身免疫疾病等,研究疾病的发生机制和治疗方案。
小鼠模型具有许多优点,如体型小,易于饲养和保管,具有与人类相似的内分泌系统以及捕捉和测量行为/反应的可能性等等。
此外,小鼠的基因组已经完整测序,研究人员可以通过基因编辑和转基因技术研究单个基因的功能和相互作用。
这些特性在许多疾病和疗法的研究中都得到了广泛的应用。
但小鼠模型也有一些缺点,如育种和饲养成本高、个体差异大、转基因鼠对环境变化不敏感等。
另外,小鼠在某些疾病模型中产生的结果不能直接外推到人类,因此研究人员需要仔细评估研究结果的可靠性和应用性。
总之,小鼠模型是生命科学研究中最强大的模式生物之一,它的优点远远超过了缺点。
在许多方面,使用小鼠模型是研究人员进行实验室研究和药物开发的一个理想选择。
第二篇:果蝇果蝇是一种重要的模式生物,被广泛用于基因组学和遗传学研究。
果蝇育种和培育成本低,短寿命和大量产卵的特点,使得它们成为遗传学研究的理想模型生物。
果蝇的基因组被完整地测序,研究人员可以通过转录组学、基因敲除、基因编辑等技术研究单个基因的功能和相互作用。
另外,果蝇是一种具有易于标记性的模式生物,研究人员可以通过颜色、荧光或生物素的标记,对不同组织、细胞或信号通路进行追踪和研究。
这种特性使得果蝇在检测与对抗疾病连接的生理机制的研究中非常有用。
使用果蝇模型还有一个重要的优点,那就是研究成果可以推广到其他物种。
模式生物发育研究

什么是模式生物? 为什么要用模式生物研究? 模式生物的种类及特点 模式生物的应用 模式生物发育的研究意义
模式生物
生物学家通过对选定的生物物种进行科学 研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命 现象,此时,这种被选定的生物物种就是 模式生物。
为什么要用模式生物研究?
多细胞生物包括人类,在胚胎期复杂的发育 变化和调控一直是困扰生命科学的未解之迷。
荧光显微镜下的秀丽线虫(图片来自)
秀丽线虫的主要优点
①能在实验室用培养皿培养。 ②生命周期短。 ③存在雌雄同体和雄性两类不同生物型。 ④体细胞数量少且恒定。 ⑤易于观察生殖细胞的发生及生殖系颗粒的传递过程。 ⑥基因组相对较小,组成相对简单。
2、果蝇
果蝇广泛地存在于全球温带及热带气候区。 目前至少有1000个以上的果蝇物种被发现,大部分的物 种以腐烂的水果或植物体为食,少部分则只取用真菌,树 液或花粉为其食物。 体型较小,身长3~4mm。大约可存活9d左右。主要特征 是具有硕大的红色复眼。
为什么要用模式生物研究?
由于进化的原因,许多生命活动的基本方式在 地球上的各种生物物种中是保守的,这是模式 生物研究能够成功的基本基础。
选择什么样的生物作为模式生物,首先依赖于 研究者要解决什么科学问题,然后寻找能最有 利于解决这个问题的物种。
为什么要用模式生物研究?
随着人类基因组计划的完成和后基因组研究时 代的到来,模式生物研究策略得到了更加的重 视。人体基因的结构和功能可以在其它合适的 生物中去研究,同样人类的生理和病理过程也 可以选择合适的生物来模拟。
发育过程从本质上讲是一部生命发展的细胞历史。成 体中每个细胞都有一段自己独特的历史,综合起来就 构成了个体生命。
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写在前面的话:果蝇fruit fly是上帝馈赠给生物学家的礼物,它是发育遗传学一个理想的生物学模型,和小鼠,斑马鱼,酵母,线虫,海胆,非洲爪蟾,拟南芥一样,是重要的模式生物之一。
果蝇虽然是无脊椎动物,但在一些基本的发育生物学过程,如身体发育、神经退化、肿瘤形成机制发面和哺乳动物有一定进化上的保守性,研究果蝇遗传发育对人类疾病的研究,治疗,以及预防有重要价值。
生命科学的功臣——果蝇(Drosophila)北京师范大学生命科学学院李锂关键字:果蝇遗传学实验材料新进展摘要:果蝇被科学家们称为上帝的礼物,它是遗传学上的重要的实验材料同时也是重要的实验模型。
果蝇与人类在身体发育、神经退化、肿瘤形成等的调控机制,都有非常多相通处,许多人类的基因在果蝇身上也有,甚至功能可以互通。
因此,科学家们希望能够通过对果蝇的研究揭开人类生命得奥秘,更好地生活!正文:从二十世纪七十年代开始,果蝇越来越受到科学家们的关注和青睐,到了今天,人们很难说出哪个生物学领域不曾感受过果蝇影响。
生物学家们在很多领域都在应用果蝇进行生命科学的探索和研究,果蝇已经成为并将继续作为生命科学各个领域中应用最广泛的研究材料之一。
我们不能想象,如果没有果蝇,生命科学特别是遗传学会是怎样一个现状又将怎样发展,因此,我们可以毫不迟疑的称果蝇是生命科学的功臣!果蝇在生命科学领域的研究价值主要存在于两个方面:一方面是果蝇本身作为被研究对象供人们研究;另一方面是果蝇作为一种实验材料被应用于生命科学研究的各个领域,特别在遗传学研究上,白眼果蝇的研究具有里程碑似的非凡意义。
这里,我们仅对果蝇及对其最新研究成果做一简要介绍,未尽之处请您参考文后列出的参考文献,由此带来的一切不便在这里一并致歉!1果蝇概述果蝇隶属于节肢动物门(Arthropoda)真节肢动物亚门(Euarthropoda)昆虫纲(Insecta)有翅亚纲(Pterygota)双翅目(Diptera)果蝇科(Drosophilidae)1-1果蝇的主要特征和分类依据果蝇,头具1对前曲鬃和1对或2对后曲眶鬃,后顶鬃(如存在)平行和相象,外顶鬃与内顶鬃一般存在,具髭;触角基部靠近,紧贴颜部,第三节椭圆行或圆形,触角芒一般为羽状,除背侧及腹侧分叉外,沿轴另具几根短毛。
中胸背板很少裸,正中刚毛常为2列~10列规则的纵排列,具1对、2对、3对或4对背中鬃,一般为2对;一般具1对肩鬃、2对背侧鬃(notopluerols),1对沟前鬃(prusutural),2对翅上鬃(supraalars),2对后翅鬃(postalars);中胸侧板裸;下前侧片上部常具2或3大鬃,下部具几根小鬃;上前侧片鬃消失;小盾片常裸,盾缘2对鬃,即小盾基鬃、小盾端鬃,某些属小盾基鬃退化。
翅前缘脉具2缺刻,前缘脉达r2+3(果蝇的有关文献中,纵脉代号常为大写)或r4+5端;亚前缘脉退化,仅达端缺刻,不达前缘脉缘;具前缘脉、后缘脉;盘室与第二盘室某些属由一横脉(基横脉)分离。
足胫节具端前鬃(preapicals)。
腹部雄第6+7气门位于第六背板的腹缘附近,第七背板骨化,第六腹板消失。
1-2果蝇的主要的分类我国分布有果蝇2个亚科、3个族、5个亚族、1个族下、2个属复组、7个属组、30个属,共计493个种,详细分类列表如下:中国果蝇分类一览表(分类体系依据Grimaldi,1990,详见后附PDF)1-3果蝇的分布及生活史果蝇广泛地存在于全球温带及热带气候区,而且由于其主食为腐烂的水果,因此在人类的栖息地内如果园,菜市场等地区内皆可见其踪迹。
除了南北极外,目前至少有1000个以上的果蝇物种被发现,大部分的物种以腐烂的水果或植物体为食,少部分则只取用真菌,树液或花粉为其食物。
果蝇的生活史可分为下列几个时期:果蝇生活史在25℃下由卵至成虫约需11天,在18℃则加倍,在16℃则为3倍。
其它因素如过度拥挤与食物不足皆会影响果蝇在试验状况下之生育。
雄果蝇于羽化后12小时可达到性成熟,雌果蝇则于羽化后8小时可达到性成熟。
雌果蝇在25℃下每小时可产卵2~20粒,在16℃其产卵速率只有最适状况下之20%,超过32℃则停止产卵。
雌果蝇一次交配所得精子可供6~8授精所需,雌果蝇交配后即不再欢迎再次之交配。
雄果蝇一天可交配十只雌果蝇。
未交配之雌果蝇称为处女蝇,在受到雄果蝇产生之性费落蒙刺激下,仍然会产下不孕卵。
2果蝇在生命科学研究上的意义2-1摩根的大发现——白眼突变我们谈到果蝇就不能不提到摩根的大发现——白眼突变。
当然,我认为,摩根并没有什么值得炫耀的,因为白眼突变在果蝇中是比较常见的,也就是说如果摩根不发现果蝇的白眼突变其他的科学家也早晚会发现,正如爱因斯坦发现狭义相对论一样。
但是,白眼突变本身和性连锁遗传对生命科学研究具有重要的意义,限于篇幅,白眼果蝇的发现和性连锁遗传在这里就不做具体的介绍了,但有一句话必须说明,那就是在白眼果蝇发现以后,对于人类来说,生命科学再也不同了!2-2果蝇作为实验材料的优点果蝇这种实验材料是1908年在纽约冷泉港卡内基实验室工作的卢茨(F·E·Lutz)向摩根推荐的。
这是一种常见的果蝇,称为“黑腹果蝇”(Drosophila melanogaster)。
实验材料的选取往往是决定研究工作成功与否的关键,它在遗传学发展史中表现得尤为突出,不仅摩根在选用果蝇前后的局面表明了这一点,而且孟德尔选用豌豆,以及后来分子遗传学家们选用真菌、细菌(特别是大肠肝菌)和噬菌体都证明了这一点。
可以说,遗传学发展史中,每一次适合实验材料的选取都导致了一次学科发展的飞跃。
以哺乳动物为实验材料,饲养管理一般都较复杂,生长期又长,而且由单基因控制的性状少而难寻,所以,一般不适合遗传学理论研究。
这也许是遗传学基本定律首先从植物中发现的主要原因。
而果蝇体型小,体长不到半厘米;饲养管理容易,既可喂以腐烂的水果,又可配培养基饲料;一个牛奶瓶里可以养上成百只。
果蝇繁殖系数高,孵化快,只要1天时间其卵即可孵化成幼虫,2-3天后变成蛹,再过5天就羽化为成虫。
从卵到成虫只要10天左右,一年就可以繁殖30代。
果蝇的染色体数目少,仅3对常染色体和1对性染色体,便于分析。
作遗传分析时,研究者只需用放大镜或显微镜一个个地观察、计数就行了,从而使得劳动量大为减轻。
2-3果蝇:“培养”诺贝尔奖得主的小昆虫摩根1933年因发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传,提出了基因在染色体上直线排列以及连锁互换定律被授予诺贝尔奖。
1946年,摩根的学生,被誉为“果蝇的突变大师”的米勒,证明X射线能使果蝇的突变率提高150倍,因而成为诺贝尔奖获得者。
在近代发育生物学研究领域中,果蝇的发生遗传学独领风骚。
1995年,诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中辛勤耕耘的科学家。
果蝇为进一步阐明基因-神经(脑)-行为之间关系的研究提供了理想的动物模型。
总之,近一个世纪以来,果蝇遗传学在各个层次的研究中积累了十分丰富的资料。
人们对它的遗传背景有着比其他生物更全面更深入的了解。
作为经典的模式生物,果蝇在未来的遗传学研究中将发挥更加巨大而不可替代的作用。
3现代果蝇研究的最新进展现代果蝇研究已经远不止停留在研究白眼突变和连锁互换规律的层次上了,更多的科学家关注着怎样使果蝇的研究更好地为人类服务,又由于果蝇在各个方面与人类有着惊人的相似之处,因此,人们将它应用于癌症疗法;全球暖化与气候变迁的初期预警系统;阿兹海默氏症与亨丁顿氏舞蹈症等神经退化失调症;以及酒瘾与药瘾遗传,还有失眠与时差的研究等等诸多领域。
下面,本文仅就个别引起广泛注目的新成果做一简要介绍。
3-1果蝇具有简单抉择行为为了判断果蝇是否具有简单抉择行为,和产生这种简单抉择行为的原因,科学家们做了如下实验:在实验前,先在果蝇的头—背之间用由紫外光可固化的胶粘上一个V形挂钩,这样就限定了果蝇的头与胸之间的转动自由度,使得当果蝇被挂在飞行模拟器的扭矩探头的悬丝上时,只能有一个在水平方向的旋转自由度,一旦将果蝇的视觉目标(在白色圆筒的概念上的四等分区间的中心等高位置上,有正置的黑色“T”英文字母,和倒置的“T”英文字母。
在圆筒壁上相邻的90度两象限的T图形方位不同,相对象限的T图形相同)与果蝇的飞行扭矩之间构成闭环,形成负反馈,果蝇就可以通过自身飞行扭矩来调控模式位置和角速度,就如同汽车司机通过方向盘来把握汽车方向,驾驶汽车一样。
在视觉操作式条件化过程中,科学家们设定了朝着其中的一种T图形的飞行方向为“禁飞区”,一旦这个T 图形进入了果蝇视觉感受野正前方的90度象限,果蝇就立刻受到由计算机在线控制的“热击”的惩罚。
果蝇立刻用自身扭矩控制飞行方向,躲避惩罚,使得另一个图形进入果蝇视觉正前方的90度区域,“热击”就立刻被计算机关断,果蝇经过若干次反复,就会“悟出”并记住什么样的T图形出现时是与“热击”相关联的。
在实验中,果蝇看到的是同时具有颜色和形状的彩色图形。
先训练果蝇喜欢绿色的正置T形,而厌恶蓝色的倒置⊥。
然后改变图形使其形状相同,发现果蝇会根据颜色选择绿色图形,而回避蓝色图形。
或者消去原有图形的颜色,发现果蝇会选择T图形而回避⊥图形。
这证明果蝇在训练中已经同时获取了有关色彩和图形的知识。
然后研究人员让这些经过训练的果蝇在蓝色T和绿色⊥之间作选择。
这时由于颜色和形状提供的线索互相矛盾,果蝇会陷入两难的困境。
通过比较几种果蝇的抉择行为,发现:正常的野生型果蝇(WTB)可以根据线索强度对比变化,果断做出最为有利的选择,而通过基因突变或生化方法导致蘑菇体缺失的果蝇则犹豫不决,不能做出稳定的抉择。
在这种类似决策的行为中,科学家们猜想果蝇脑内的蘑菇体结构可能发挥着关键作用。
蘑菇体是果蝇脑内的重要结构,1850年蘑菇体的发现者曾经猜想它是果蝇脑内产生“自由意志”和实施“智能控制”的地方。
实验中,科学家们发现的蘑菇体在果蝇的类认知行为中起着重要作用,从某种程度上验证了1850年蘑菇体的发现者的猜想,起着一种补充的作用。
这个发现对人类的意义现在还不好说。
人脑中没有蘑菇体,与此同时,果蝇脑只有30万个神经元,人脑则有1000亿个,两者不可简单类比。
但作为模式动物,果蝇脑中的细胞和分子过程,与高等动物可能有相似性,这意味着在果蝇身上得到的知识,可能对研究人及高等动物的决策行为有借鉴作用。
3-2果蝇也有“同性恋者”在美国的一家实验室中,某些果蝇的行为令人有点困惑,罐里的雌果蝇挤成一团,而雄果蝇却以通常追逐异性时才有的狂热在同性之间“寻欢作乐”,相互摩擦生殖器。
这是科学家使这些果蝇变成了“同性恋者”,他们把一种基因移植到了果蝇体内,导致它们表现出“同性恋”行为,更为重要的是,与此相关的基因也存在于人类身上,虽然尚无迹象表明该基因影响人的性取向。