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果蝇，打开诺贝尔奖的钥匙(组图)
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果蝇，打开诺贝尔奖的钥匙 www.thebeijingnews.com · 2006-9-18 8:59:13 · 来源：新京报
我科学家发现果蝇“视觉归纳能力”引国际关注
人脑和计算机脑一样，所有的信息共居在同一个记忆储备吗？回答也许是否，人脑不同的结构承担不同的感觉和信息。这点现在可以在与人脑类似的果蝇大脑上得到证实。中国科学院生物物理研究所关于果蝇的最新研究成果，证明了其有一个特定的脑结构完成视觉功能。这项结果，在此前举行的“2006诺贝尔奖获得者北京论坛”上引起了一股不小的轰动。
中国科学院生物物理所刘力研究员和德国合作者利用基因操纵方法和一个果蝇飞行模拟器所做的一项实验中，首次发现果蝇也能识别和记忆视觉标志，并找到了相关神经细胞。
刘力的研究成果刊登在今年2月的《自然》杂志上，题为《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》。
果蝇有着相当复杂的大脑。从基因水平上，果蝇的脑和其他物种有着很高的同源性，而且在遗传学角度上，其也与人类有着极多的相似之处。因此，在遗传学上，果蝇如同小白鼠一样，被列为经典的研究对象之一。
简单果蝇，复杂脑袋
刘力，是这次中科院研究组的关键人物。他介绍，这次他们的研究之所以有意义，在于他们发现了果蝇有个特定的脑结构来完成视觉功能。
“人们原来认为人和动物的大脑中都有个通用的结构，就好像计算机只有一个记忆储备一样。
但事实可能不是这样。”
“之前对果蝇触觉的研究证实了果蝇有一个蘑菇体来处理其触觉，我们这次则发现果蝇脑中还有一个扇形体结构参与了对视觉图像识别的过程”，刘力继续介绍道，“人脑在当前技术水平下是无法研究的，而通过果蝇的研究，对今后人脑研究有着很大的积极意义。”
刘力等科学家证实，这个扇形结构，是由神经元树突分支构成的两层水平片状结构，它们分别具有记忆图形重心高度信息和记忆图形朝向信息的功能，在具备这两个功能的基础上，果蝇就能有效分辨重心，朝向不同的图形。
具体来说，科学家等采用的方法就是，将果蝇绑在一个飞行模拟器中，其可以自己选择飞向两种图形。但当它飞向左边图形时，图形所带仪器的温度上升，热度刺激让果蝇受到刺激，而当果蝇飞向右边图形时，则不会遭到这种罪，多次训练之后，果蝇就“自动”地飞向没有刺激的那个图形了。
“视觉归纳能力”登上《自然》杂志
之所以果蝇具有足够的图形“判断力”，是因为果蝇的脑中有着叫做“腺苷酸环化酶”的物质，这种名称复杂的物质决定了果蝇学习和记忆的功能，处在大脑不同位置的“腺苷酸环化酶”可以控制不同类型的学习记忆。科学家们先通过基因途径消除果蝇脑中的“腺苷酸环化酶”，然后在它不同的脑区，有选择地恢复这种物质，直到最后重新进行视觉记忆试验，通过这种方法，科学家们终于首次在果蝇大脑“扇形体”内发现了其进行视觉记忆所需的神经细胞。
科学家研究表明，果蝇这个扇形体结构共有6层，每一层由几十个神经元组成，并特别“掌管”一个特定的功能，有的层负责处理图形的高度区别，有的层负责处理图形的大小或朝向，在处理过程中，对图形的记忆就产生了。
刘力表示，果蝇的脑中并不存在一个通用的记忆中心，而是不同感觉记忆藏在不同的区域里，并且像人类能记住图像的高度、大小、颜色等不同参数一样，果蝇的图像记忆也有对应的不同参数。
这次的研究名为“视觉归纳能力”，其意思就是工作人员发现了果蝇具有对视觉刺激进行归纳的能力，这个视觉图像识别的过程是通过“基因—脑—行为—认知”的结合完成的。
据介绍，这项研究是课题组与德国科学家合作完成的，这一研究成果刊登在今年2月的《自然》杂志上，题为《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》。
果蝇———诺贝尔之母
在几位诺贝尔奖得主在场的论坛上，刘力是这么评价小小的果蝇的：“这一微小的研究对象体内有着取之不尽、用之不竭的科学宝藏。”
别看果蝇小，它已经产生了7位诺贝尔奖得主了。
“最早是摩尔根将果蝇引入到遗传学里面，”刘力介绍，“因为我们研究的神经科学涉及到遗传学，尤其是基因的高级功能，比如它怎么完成网络、怎么学习等，因此也把果蝇作为研究对象。”
遗传学之父摩尔根在1933年获得了诺贝尔生理学及医学奖，他用果蝇证实了孟德尔定律，从果蝇白眼突变的性连锁遗传上发现了染色体的基因之谜，自己也成为DNA重组、基因工程甚至“克隆”技术等的先驱。而到了1946年，摩尔根的学生米勒，证明了X射线能使果蝇的突变率提高150倍，同时，辐射也会引起染色体畸变，这项历经10年的研究为他带来了与果蝇有关的第二项诺贝尔奖和“果蝇的突变大师”称号。
1995年，美国生物学家刘易斯和发育遗传学家维绍斯以及德国发育遗传学家尼斯莱因、福尔哈德一起分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖。他们发现了果蝇中的特定基因，并且表明了果蝇基因在染色体上与人类的相似之处。
而最近和诺贝尔奖有关的果蝇研究是在2004年，美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克发现了果蝇在嗅觉功能上有个特定的大脑区域，他们因在气味受体和嗅觉系统组织方式上的研究贡献获得当年的诺贝尔生理学和医学奖。
“上一个凭果蝇获诺贝尔奖的研究成果立足于果蝇的嗅觉上，”刘力说，“这次我们的研究证实了它还有个扇形体区域处理视觉功能。”
可以说，刘力等的研究建立在前任果蝇诺贝尔奖得主的研究方向上，而在证实果蝇有特定的视觉脑功能区后，他们下一步将研究在这个区域中，视觉信息是如何被输入、处理及输出的，即所谓的“回路”过程。
与小白鼠并驾并驱的“劳模”
小小果蝇为什么会有这么大的研究价值呢？原来，果蝇虽然很小，看似只会围绕着腐烂的水果讨厌地打转，却有着相当复杂的大脑。从基因水平上，果蝇的脑和其他物种有着很高的同源性，而且在遗传学角度上，其也与人类有着极多的相似之处。人类已知疾病基因中大约有61%与果蝇的基因代码有着必然的关系，50%果蝇的蛋白质顺序与哺乳动物相似。因此，在遗传学上，果蝇如同小白鼠一样，被列为经典的研究对象之一。
而对于研究学习记忆上，果蝇更是成为了主要模式生物。刘力介绍，果蝇的生命周期很短，繁殖力强，因此就成了研究疾病和基因的最佳生物模型，而且它具有清晰的遗传背景。
2000年时果蝇测序工作已基本完成，它有着13000到15000个基因，此外，果蝇相对简单的神经系统对研究也有帮助。
另一个很重要的原因是，果蝇是很聪明的小动物。它会睡眠、做梦，唱情歌，甚至会饮“酒”、吸“毒”，通过基因突变和行为选择就可以确定其与学习记忆相关的基因。对果蝇记忆基因的研究，可进一步运用到小白鼠、哺乳动物甚至人类身上，以解决人类的一些精神性疾病。
链接·果蝇
果蝇在生物分类学上属于昆虫纲双翅目，跟其他只有一对翅膀的昆虫如蚊子、虻等是亲戚。实验室里养的果蝇是其中称为黑腹果蝇的一种。它们偏爱潮湿环境，以腐败的有机物为食，尤其喜欢水果。夏天的水果摊边，那些飞来飞去、只有约3毫米长的红眼小“苍蝇”，就是果蝇了。
诺贝尔七星
1.1933年，摩尔根从果蝇白眼突变染色体的基因之谜，获诺贝尔生理学及医学奖。
2.1946年，摩尔根的学生米勒，证明了X射线能使果蝇的突变率提高150倍，同时，辐射也会引起染色体畸变，获诺贝尔奖和“果蝇的突变大师”称号。
3.1995年，美国生物学家刘易斯和发育遗传学家维绍斯以及德国发育遗传学家尼斯莱因、福尔哈德一起分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖。他们发现了果蝇中的特定基因，并且表明了果蝇基因在染色体上与人类的相似之处。
4.2004年，美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克发现了果蝇在嗅觉功能上有个特定的大脑区域，获得当年的诺贝尔生理学和医学奖。
采写/本报记者金煜
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2006/9/19 |
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