秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)在分子生物学及发育生物学研究领域中,是一种超级热门的模式动物。自从1960年代,南非生物学家,悉尼·布伦纳(SydneyBrenner)先生,利用它来研究细胞凋亡之后,发现线虫生命周期短,全身透明,可以让你一眼看光光。
悉尼先生仔细观察线虫的成长,一颗一颗细胞从头到脚数得清清楚楚,发现线虫身上的细胞命运都是注定的,哪一颗细胞会凋亡,哪一颗细胞会存活,完全照着剧本演。成熟的线虫身上一共有1031个体细胞核,在发育的过程中,有131个凋亡。
悉尼·布伦纳所掀起的线虫研究热潮,就此开始,科学家们纷纷爱上线虫,至今启发了六位诺贝尔奖得主,甚至在解开人类基因组之前五年,1998年,线虫的基因体就已经完全译码了。
野生线虫生长在土壤当中,以落叶等有机物堆积而成的腐植质当中的细菌为食。在实验室中发现,小小一条线虫,透过神经系统,可以感受到的有触觉,味觉,嗅觉,甚至可以感知自体动作的自我知觉(proprioception)。
出乎大家意外,住在土壤里面,黑天暗地的地方,连眼睛都没有的线虫,竟然还被发现会对光有反应。2008年,美国密西根大学的生物学家,许献忠(ShwanXu),发现线虫会对闪光有反应,在显微镜下,光一照就扭着屁股逃开了,光照头就倒退噜,光照屁股就往前冲。许先生认为,线虫可能是靠着将光能转换为电子信号的光传导(phototransduction)方式来感知光的出现,也就是目前所知的线虫第五知觉,光感觉。
在野外,线虫老在土里趴趴走,总会有误闯到地面上来的时候,太阳光里的紫外线对线虫来说是致命的射线(UV-A),具备这种光感知能力,有助于无眼线虫保命。
就在最近,发表了Science一篇惊为天人的文章,美国麻省理工大学的生物博后,DiponGhosh发现线虫竟然能分辨颜色!原来线虫在野外是被各种不同的细菌所围绕,而并不是每一种细菌都是线虫可以吃的,有些细菌对线虫来说是有毒的,比如说绿脓杆菌(Pseudomonasaeruginosa)。
他非常的好奇,没有眼睛的线虫是怎么分辨,面前的细菌到底是晚餐还是毒药?他找到文献里面说,绿脓杆菌中有一种毒素是蓝色的,就突发奇想,说不定线虫是看颜色来区别食物的。(这猜测也太跳痛了,小编可能只会以为是用闻的,毕竟…也是可能有点臭…)
嗯,阿不是说线虫住在黑漆漆的地方,怎么会看得出颜色?DiponGhosh说,线虫要吃的细菌在地表的腐败植物里,当然会走到稍微有一点亮光的地方啦。
有假说就要有实验支持,他先生把灯关上,将线虫放在超黑的地方,发现他们躲避绿脓杆菌的速度变慢了,好像看不太清楚的样子….DiponGhosh的指导教授,MichaelNitabach,首次听到这个实验结果的时候,实在吓得不轻。没有眼睛的动物可以分辨颜色,你是在做灵学研究?
再来,DiponGhosh找到一株突变的绿脓杆菌,他们产生的毒素不是蓝色,是卡其色!用这突变株来测试线虫的色辨能力,发现不论环境是亮还是暗,线虫游开的速度都差不多。表示线虫对这种颜色的分辨能力不太好。用色素把无毒的大肠杆菌染蓝呢?本来看到大肠杆菌就流口水的线虫,在有光的环境下,发现大肠杆菌是蓝的,马上拔腿就跑了….许多的实验都证明,线虫是感知颜色而不是毒素本身。
最后,DiponGhosh先生也对许多野生的线虫做了同样的实验,发现有些品种的线虫对蓝色很敏感,有些则没反应。在基因上,他找出了,两个和这行为最相关的基因,jkk-1和lec-3,不过这两个基因,都和有眼睛的动物用来感光的视蛋白(opsins)没什么关系,反倒和人类或老鼠细胞,受到紫外光照产生的压力反应有关系,DiponGhosh正在深入调察。