百年伙伴萬能的果蠅

尹穎堯

加州理工學(xué)院研究果蠅的歷史已有上百年，從生物學(xué)、工程學(xué)，到社會科學(xué)，果蠅是探索從情感到微生物群的重要合作伙伴。

一個星期四的早晨，位于半地下室的教堂實(shí)驗室（Church Laboratory）飄出焦糖和現(xiàn)烤面包的香味。它是從一桶粘稠的金色液體中散發(fā)出來的。“照顧”液體的是加州理工學(xué)院老師魯伊斯·桑多瓦爾（Ruiz Sandoval）。過去的31年里，魯伊斯老師每周至少要準(zhǔn)備兩次這種液體。聞著香味，似乎以為她在為饑餓的研究生們準(zhǔn)備食物，其實(shí)液體是給加州理工學(xué)院科學(xué)家們用于研究的果蠅吃的。

對于魯伊斯老師來說，這一天的任務(wù)非常輕松，科學(xué)家們只訂購了3650瓶液體。通常，她一天要準(zhǔn)備六七千瓶液體，喂養(yǎng)數(shù)十萬只果蠅。

加州理工學(xué)院鼓勵各實(shí)驗室繁殖果蠅，以便解鎖果蠅所掌握的驚人的科學(xué)信息。在過去的幾十年里，果蠅被數(shù)十個實(shí)驗室用作大腦、行為、身體發(fā)育、飛行力學(xué)、遺傳學(xué)等方面的研究。這群棕色身體、紅色眼睛的“小不點(diǎn)”，看起來與人類這一物種相去甚遠(yuǎn)，卻是超級完美的研究模型。首先，果蠅繁殖力超強(qiáng)。只要把雄蠅和雌蠅放入同一試管，10天后，就會有新生命誕生。其次，它們的DNA序列由大約15，000個基因組成，這些基因全都經(jīng)過充分地研究和歸類。最后，加州理工學(xué)院研究果蠅的歷史長達(dá)一個世紀(jì)，已能精準(zhǔn)地操作單個果蠅基因。

果蠅與智人的關(guān)系始于人類從非洲遷出，人類通過發(fā)酵谷物和水果來釀造啤酒和葡萄酒的時期。很快，只要有人喝酒，就能找到熱愛酵母的果蠅。幾千年后，果蠅回報人類，把身體獻(xiàn)給了科學(xué)。20世紀(jì)初，生物學(xué)家托馬斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）為研究遺傳和發(fā)育生物學(xué)尋找模型。他意識到，沒有比果蠅更合適的模型了。果蠅可以裝進(jìn)牛奶瓶，里面放點(diǎn)香蕉泥即可。于是，果蠅和人類開始了長期而富有成效的研究合作。

1928年，摩根來到加州理工學(xué)院，成立生物學(xué)部，他利用果蠅奠定了遺傳學(xué)的基本原理。有一天他注意到，他的一只雄蠅的眼睛是白色的，而不是紅色。出于對這種特性如何傳給后代的好奇，摩根進(jìn)行了實(shí)驗。他發(fā)現(xiàn)果蠅的眼睛顏色與它的X染色體有著特殊聯(lián)系。為此，摩根于1933年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。他的研究為理解遺傳性X染色體相關(guān)疾病，比如血友病奠定了基礎(chǔ)。

加州理工學(xué)院迅速成為全球果蠅研究中心。

今天，加州理工學(xué)院的果蠅研究主要集中于探索它的大腦，以探究神經(jīng)科學(xué)。幾個實(shí)驗室正在研究基因與行為之間的關(guān)系。果蠅的大腦是理想選擇，因為不像人的大腦（往往被我們對世界的不同體驗所塑造），果蠅的大腦是由基因構(gòu)成的。加州理工學(xué)院神經(jīng)學(xué)家伊麗莎白·洪（Elizabeth Hong）研究了氣味是如何被編碼到果蠅大腦中的。她說：“靈長類動物往往是視覺生物，但在絕大多數(shù)動物的世界里，都依賴于嗅覺類的化學(xué)感應(yīng)與環(huán)境互動。”這一領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)，是了解大腦如何對復(fù)雜的氣味進(jìn)行排序和編碼，氣味既有腐爛水果上酵母的香味，又有附近捕食者的氣味。果蠅是研究這一復(fù)雜系統(tǒng)的理想模型，因為它們的大腦中只有大約50個獨(dú)特的氣味受體。

果蠅也可以用來理解神經(jīng)學(xué)的其他方面。生物學(xué)家大衛(wèi)·安德森（David Anderson）在實(shí)驗室里用果蠅來研究進(jìn)攻、壓力和饑餓等行為和情緒是如何被編碼到大腦中的。最近安德森實(shí)驗室發(fā)現(xiàn)，果蠅大腦中有一個由三個神經(jīng)元組成的簇（cluster）控制著“威脅（threat）”，即雄蠅在面對其他雄蠅挑戰(zhàn)時所表現(xiàn)出的特定行為組合，比如迅速展開翅膀、快速前沖、不斷調(diào)整方向……安德森說：“從果蠅到蜥蜴，再到酒吧里好斗的人，威脅行為處處存在，果蠅是一個強(qiáng)有力的起點(diǎn)，以便研究人類是如何產(chǎn)生類似行為的。”

加州理工的果蠅研究并不局限于果蠅的大腦，有的研究者利用果蠅研究飛行，有的研究腸道中的微生物群……