美丽的隐杆线虫诺奖四杀！但是为什么线虫是美丽的呢？

嗯，在了解今天的主角之前，

先对虫恐进行预警吧 _ ( : з」∠ ) _

10 月 7 日，公布诺贝尔生理学或医学奖项。这个荣誉在今年被授予维克托 · 安布罗斯（Victor Ambros）和加里 · 鲁夫昆（Gary Ruvkun），以表彰他们的细微之处 RNA（microRNA）这一领域的贡献。(戳� �详细解读诺奖)

虽然今年两位研究人员都获得了诺贝尔奖，但是他们的研究对象是美丽的隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）但已是诺贝尔奖的熟客。到目前为止，共有四届诺贝尔奖与这种不起眼的虫子有关。

嗯？什么是线虫？怎么了？秀丽那么？怎样才能得到诺奖呢？

显微镜下的美丽隐杆线虫 kdfj / wikimedia

他们无处不在

美丽的隐杆线虫属于线虫动物门，门内有25000多种无脊椎动物。在一个合适的环境中，每平方米可能有成千上万的线虫生活。根据个人数量，地球80%所有的动物都是线虫——世界上所有的动物都在排队。你和下一个“非线虫”之间。四条线虫平均相隔。

一种根结线虫试图钻入西红柿的根部 William Wergin & Richard Sayre / Wikimedia

这种普通人很少关注的生物，是地球生物圈分布最广的群体。它们可以在两极、山脉、沙漠和海底看到。美国线虫分类先驱纳丹 · 科布（Nathan Cobb）曾经说过，如果宇宙中除了线虫之外的所有物质都在瞬间消失，那么漂浮在虚空中的线虫将是一种复刻地球表面——山川湖海，城市农村，甚至树木和动物，恐怕都可以通过分布在其中的特定类型的线虫来恢复轮廓。

但是，线虫不仅仅是“最强的地表”。2011 2008年，科学家们发现，在南非地下几公里深的金矿表面，细菌为食另外，相当一部分线虫是线虫。寄生性正如我们最熟悉的那样。蛔虫。

线虫动物门的多样化， a 它是一种蛔虫，b 这是一种美丽的隐杆线虫 Blumenthal & Davis / Nature Genetics（2004）

与身长相比，可达 30 一厘米的面条蛔虫，美丽的隐杆线虫可谓娇小，成熟的个体只不过是 1 mm长，头尾尖长，中间一段可随意弯曲圆柱体。它的名字是 Caenorhabditis 其中包含“杆状”字根。（rhabditis），而种原名 elegans 意思是“美丽，优雅”。看看美丽的隐杆线虫。一般的正弦波运动方式，你可能会明白这只透明无色的“虫子”是如何得到这个名字的。另外，与蛔虫不同的是，美丽的隐杆线虫是非寄生线虫。

美丽隐杆线虫“优雅”的前进方式 Bob Goldstein / wikimedia

线虫就是躺着躺着走

虽然线虫很小，但它们有“五脏”。美丽隐杆线虫的外胚层作为一种发育中有三个胚层的动物，已经发育成多个细胞融合的“合胞体”。正是这种结构分泌的胶原蛋白构成覆盖全身的“皮”，这是一个“外骨骼”，可以随着昆虫的生长而更新。这也是线虫动物门的特点之一，说明它们与同样蜕皮的节肢动物门有着相似的亲密关系。

箭头是由线虫身体不同部位组合而成的“外骨骼”。 wormatlas.com

在皮层下面，有四条纵贯人体的中胚层。肌肉带，由一套相互连接的神经细胞控制。因为肌肉的收缩方式，动画中看到的其实是腹部角度的“弯腰”，所以正常美丽的隐杆线虫总是在侧躺着行走。

免疫性荧光染色技术，勾勒出美丽的隐杆线虫肌肉束。 wormbook.org

肌肉的内侧是一个充满液体的假体腔，然后是一个。心直口快的消化道——嘴后面是附着肌肉细胞的咽部，可以碾碎食材，然后是肠道；肠道前后各有一个小圆形细胞，形成两个“闸阀”，可以打开也可以关闭，相当于我们人类的贲门(食道进入胃的入口)和肛门。长生殖腺附着在消化道旁边。

千里挑一才有“纯爷们”

从人类的角度来看，美丽隐杆线虫的生殖方式相当奇特，分为“雌雄同体”和“男性”两个性别。正常成长的人群绝大多数人都是雌雄同体。：在发育不完全成熟的阶段，雌雄同体产生精子并保存在生殖腺中；发育良好的个体产生卵子，并与准备好的精子结合形成受精卵。

雌雄同体的内部结构 wormatlas.org

严格来说，雌雄同体是一种雌性， 包括五对常染色体和两对基因组 X 性染色体。产生的精子和卵细胞包括一套五个常染色体和一个 X 染色体，所以结合后产生的胚胎自然大多是雌雄同体(5*2 2X）。

但是受精卵随机丢失的可能性很小。 X 染色体，便会继续发育成男性个体，可谓男性个体，千里挑一的“纯爷们”（5*2 X）。雌雄同体自身的授精能产生大概是大概的。 300 个体受精卵，而男性个体授精雌雄同体后，后代的数量可超过 1000 个。

遇到雌雄同体后，男人与对方“亲密接触”，用尾部的扇形结构找到生殖腺张口进行授精 Kbrugman / wikimedia

如何完成诺奖四杀？

美丽隐杆线虫最重要的身份就是科学研究模式生物现在。生物遗传学研究最初是繁荣的 20 世纪 50 南非生物学家西德尼时代 · 布伦纳（Sydney Brenner）他为生物学的发展做出了巨大的贡献，但后来他转向了生物的神经发育机制。然而，人类的神经系统由1000亿个神经元组成。如何研究？布伦纳发现了一种美丽的隐杆线虫，有着独特的技能。

第一，秀丽隐杆线虫体积小，食物简单，生长迅速，生命力顽强。——在实验室常用的琼脂平板上养一层大肠杆菌，然后放入线虫中。线虫可以边吃边快乐繁殖。在室温下，它们可以在三四天内繁殖一代，使用寿命约为三周。实验者想放假吗？没问题。直接放入平板 -80 ℃的冰箱被冻住了，出去浪了回来解冻，线虫依然活蹦乱跳。 。雌雄同体自身授精的它们可以很方便地传代，而雄性的存在也为不同基因型的杂交提供了方便。

培养皿中间的大肠杆菌体，周围一圈是黑色的，含有美丽的隐杆线虫土壤样品。（A）；以细菌为食的线虫被食物吸引，比如从土壤中钻出来，挑出这些活性线虫的个体，进行下一代的繁殖。（B）丨 Antoine Barri è re & Marie-Anne F é lix / wormbook.org

其次，线虫简洁而完整的身体结构是一个很好的研究起点。1983 一年，英国科学家约翰 · 苏尔斯顿（John Sulston）探讨了秀丽隐杆线虫的发育阶段。在没有先进设备的时代，苏尔斯顿用肉眼观察光学显微镜下的透明虫体，绘制了线虫的所有细胞发育图——线虫的每一次细胞分裂、每一个细胞的功能和命运都是从受精卵第一次分裂开始完全确定的。它是世界上第一个多细胞生物细胞发育谱系。

神经细胞体用点表示，神经细胞的树突和轴突用线表示。科学家们画出了线虫的神经细胞图。 The OpenWorm

如今，绝大多数发育生物学课本都提到，雌雄同体线虫在发育过程中会产生。 1090 其中有一个细胞 131 一个会在产生之后启动一个正常的凋亡程序而死亡，只留下一个 959 个。2002 2008年，布伦纳、苏尔斯顿和霍维茨获得诺贝尔生理学和医学奖。（Howard Robert Horvitz）三位科学家，表扬他们。细胞坏死研究器官发育调节和过程化里面的奉献。在诺奖名单上，线虫拿下一血。

左起分别是布伦纳、霍维茨和苏尔斯顿。不幸的是，苏尔斯顿已经在那里了。 2018 年 3 月去世丨 nobelprize.org

仅仅四年后，诺贝尔生理学和医学奖颁发给安德鲁 · 法厄（Andrew Fire）和克雷格 · 梅洛（Craig Mello），对他们进行了表彰线虫的 RNA 影响机制——在不符合预期结果的空白对照组中，他们发现生物体可以检测病原菌双链。 RNA，这是对病原菌基因组的“指导”攻击。现在，RNA 影响力已成为生物学研究的常用工具。线虫当之无愧地获得了诺贝尔奖连杀。

2008 年度诺贝尔化学奖，三位获奖者之一的马丁。 · 查尔菲（Martin Chalfie）正是把绿色荧光蛋白在线虫研究中使用。线虫完成诺奖三杀。

美丽的隐杆线虫被插入编码绿色荧光蛋白基因。 Dan Dickinson，Goldstein lab，UNC Chapel Hill

然后是今年的诺贝尔奖。获奖者安布罗斯和鲁夫昆讨论了线虫的两个突变株，它们在发育过程中表现出基因激活时间的病变。他们发现了一个基因调节的全新原理，这一机制由细微 RNA实现，这是一种以前不知道的东西。 RNA。

现在，我们知道人类基因组的代码超过了 1000 种细微 RNA。没有细微 RNA，细胞和组织不能生长发育。而且这个重要的发现，离不开实用的模式生物——线虫。

生命充满了神秘，就像另一个宇宙。图为荧光染色后细胞核呈现的美丽隐杆线虫。 queensu.ca

事实上，线虫在生物学研究中的应用更为广泛。1998 2008年，通过人类基因组计划的“预实验”，美丽的隐杆线虫成为世界上最美丽的首次进行全基因组测序的多细胞生物。而截至 2012 年，由 302 由一个细胞连接组成的线虫神经网络，也完成了“连接组”的测定。

优雅美丽的隐杆线虫，将继续为人类揭示生命机制的奇妙。

作者：卢平

本文来自果核自然（ID：GuokrNature）

如果需要转载，请联系 sns@guokr.com

欢迎转发到朋友圈

本文仅代表作者观点，版权归原创者所有，如需转载请在文中注明来源及作者名字。

免责声明：本文系转载编辑文章，仅作分享之用。如分享内容、图片侵犯到您的版权或非授权发布，请及时与我们联系进行审核处理或删除，您可以发送材料至邮箱：service@tojoy.com