自帶螢光棒的水母,為我們捧回一個諾獎
2021年05月06日07:44

原標題:自帶螢光棒的水母,為我們捧回一個諾獎

原創 尼紫泰 物種日曆

在一片漆黑的海洋里,一隻章魚正準備出來覓食。這一次,它準備捕食一些水母當做點心。

正在捕食水母的章魚(誤)| 海綿寶寶

得益於全球氣候的變暖,水母在大海里變得隨處可見。雖然水母水分很多,提供的熱量很少,但是它們行動緩慢,很容易被抓到。而且水母可以被消化地很快,拿它們充當一頓果凍一樣的點心是再合適不過的了。

像往常一樣,這隻章魚慢慢地靠近了一隻水母,正當它張開觸手捕抓水母時,突然閃爍出了一道綠色螢光,刺破了周圍的黑暗。

會發光的水母 | Sierra Blakely / Wikimedia Commons

這道光像是黑暗裡閃爍出來的一條信號一樣,告訴周圍其他的獵食者:你們趕緊來啊,這裏有你們想要的美食!

章魚也察覺到了水流發生了變化,是有一隻巨獸正在靠近!它來不及想太多了,急忙噴出墨汁後就溜了。

當一切都恢復平靜之後,只有這隻水母還在這片海域中,悠哉悠哉地遊著。

依靠自己的絕技,水母逃之夭夭(大誤)| 海綿寶寶

這隻能發出綠色螢光的水母就是我們今天要介紹的Victoria多管水母(Aequorea victoria)。

多管水母 | jonathan diemel / unsplash
多管水母與海月水母

Victoria多管水母最初發現於北美洲西海岸的Victoria港,也由此得名。它們具有飄逸的觸手以及透明而厚實的中膠層,傘體下方密集地排列著很多根輻管,多管水母的屬名也由此而來。

Victoria多管水母屬於刺胞動物門水螅綱,不過與其他大多數水螅綱的水母相比,Victoria多管水母是個大個頭,它們的傘體直徑能長到10cm。

海月水母 | Luc Viatour / Wikipedia

水族館里常見的海月水母很容易會被我們誤認為是Victoria多管水母,雖然它們體型相似,但是兩者之間有著根本的區別:首先,海月水母作為刺胞動物門缽水母綱的代表物種,它們體內的胃絲等結構是水螅水母所不具有的;此外,海月水母是不能夠發光的,我們在水族館里看到的流光溢彩的海月水母,都是加上燈光後的效果。

水族館裡海月水母 | 尼紫泰
真實的多管水母只能在傘體邊緣發出綠色螢光 | nobelprize.org
多管水母與諾貝爾獎如今我們知道,Victoria多管水母可以發出綠色螢光是因為它體內含有綠色螢光蛋白(GFP),但實際上Victoria多管水母不止會發出一種光。除了綠色螢光蛋白外,Victoria多管水母體內還含有水母素(Aequorin)可以發光,這兩種發光蛋白的區別在於,綠色螢光蛋白需要受到藍光或紫外光的激發來發出綠色螢光;而水母素則需要受到鈣離子的作用來發出藍色光。所以,在文章開頭中的故事中,當多管水母受到驚擾時,會先通過水母素發出藍光,然後再經過綠色螢光蛋白轉變為綠色螢光。
位於Friday Harbor Labs的GFP模型,這也是它被發現的地方

| Julian Voss-Andreae / Wikipedia

綠色螢光蛋白是在上世紀60年代被日本科學家下村脩(Qsamu Shimomura)等人發現的,真正讓它名聲大噪則是在1994年,美國科學家馬丁·查爾菲(Martin Chalfie)通過將GFP基因在秀麗線蟲體內表達,標記了秀麗線蟲的部分神經元,併成功追蹤其神經系統的遷移與發育過程。在此之後,綠色螢光蛋白便開始在科學界中廣泛使用。

用GFP標記的線蟲顯示出明亮的綠色螢光 | Science

隨後,美籍華裔科學家錢永健(Roser Y Tsien)對GFP進行了進一步地改進和優化,開發出了能發出更多顏色的螢光蛋白,從而使得科學家們能夠在同一時間追蹤不同組織細胞的發生發育過程。

由於在該領域做出的傑出貢獻,下村脩、馬丁·查爾菲以及錢永健共同獲得了2008 年度的諾貝爾化學獎。

下村脩(左)、馬丁·查爾菲(中)以及錢永健(右)共獲諾貝爾獎 | Nobel Media AB 2008
螢光蛋白的延伸應用如今,螢光蛋白的應用早已變得觸手可及,甚至我們只需要花幾塊錢就能買到可以發出螢光的斑馬魚。而在生物科學領域,螢光蛋白的應用也在繼續擴展,Brainbow技術便是其中一項成果。
利用Brainbow技術得到的小鼠神經元圖像 | Jeff W. Lichtman and Joshua R. Sanes / Wikipedia

Brainbow技術通過在單個神經元中隨機組合螢光蛋白的三、四顏色的比例,從而可以用更多的顏色標記不同的細胞。這就好像可以通過調節紅黃藍三種顏色塗料的比例來調製出各種顏色,最終繪製出一幅圖畫一樣。通過Brainbow技術的幫助,科學家們得以很好地研究神經元之間的相互連接,並通過分析神經圖譜的差異來研究神經和心理疾病。

曾經,多管水母靠著身體里的螢光蛋白,在大海里發出了微弱的螢光,點亮了漆黑的大海。

照亮了生命科學的多管水母 | ecoxotic.com如今,科學家們通過這種蛋白,讓它發出的螢光照亮了生命的深處,使人們得以窺見生命的奧義。
原標題:《自帶螢光棒的水母,為我們捧回一個諾獎》

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