百年伙伴萬能的果蠅

尹穎堯

加州理工學院研究果蠅的歷史已有上百年，從生物學、工程學，到社會科學，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驗室（Church Laboratory）飄出焦糖和現烤面包的香味。它是從一桶粘稠的金色液體中散發出來的。“照顧”液體的是加州理工學院老師魯伊斯·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備食物，其實液體是給加州理工學院科學家們用于研究的果蠅吃的。

對于魯伊斯老師來說，這一天的任務非常輕松，科學家們只訂購了3650瓶液體。通常，她一天要準備六七千瓶液體，喂養數十萬只果蠅。

加州理工學院鼓勵各實驗室繁殖果蠅，以便解鎖果蠅所掌握的驚人的科學信息。在過去的幾十年里，果蠅被數十個實驗室用作大腦、行為、身體發育、飛行力學、遺傳學等方面的研究。這群棕色身體、紅色眼睛的“小不點”，看起來與人類這一物種相去甚遠，卻是超級完美的研究模型。首先，果蠅繁殖力超強。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，這些基因全都經過充分地研究和歸類。最后，加州理工學院研究果蠅的歷史長達一個世紀，已能精準地操作單個果蠅基因。

果蠅與智人的關系始于人類從非洲遷出，人類通過發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，把身體獻給了科學。20世紀初，生物學家托馬斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）為研究遺傳和發育生物學尋找模型。他意識到，沒有比果蠅更合適的模型了。果蠅可以裝進牛奶瓶，里面放點香蕉泥即可。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院，成立生物學部，他利用果蠅奠定了遺傳學的基本原理。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，摩根進行了實驗。他發現果蠅的眼睛顏色與它的X染色體有著特殊聯系。為此，摩根于1933年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。他的研究為理解遺傳性X染色體相關疾病，比如血友病奠定了基礎。

加州理工學院迅速成為全球果蠅研究中心。

今天，加州理工學院的果蠅研究主要集中于探索它的大腦，以探究神經科學。幾個實驗室正在研究基因與行為之間的關系。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成的。加州理工學院神經學家伊麗莎白·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，但在絕大多數動物的世界里，都依賴于嗅覺類的化學感應與環境互動。”這一領域的核心挑戰，是了解大腦如何對復雜的氣味進行排序和編碼，氣味既有腐爛水果上酵母的香味，又有附近捕食者的氣味。果蠅是研究這一復雜系統的理想模型，因為它們的大腦中只有大約50個獨特的氣味受體。

果蠅也可以用來理解神經學的其他方面。生物學家大衛·安德森（David Anderson）在實驗室里用果蠅來研究進攻、壓力和饑餓等行為和情緒是如何被編碼到大腦中的。最近安德森實驗室發現，果蠅大腦中有一個由三個神經元組成的簇（cluster）控制著“威脅（threat）”，即雄蠅在面對其他雄蠅挑戰時所表現出的特定行為組合，比如迅速展開翅膀、快速前沖、不斷調整方向……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，果蠅是一個強有力的起點，以便研究人類是如何產生類似行為的。”

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……