网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

涡虫:你们搞研究就搞嘛,一定要把我切来切去的吗?

0
分享至

作者:氪罗钡路斯

编辑:明天

涡虫大概也算是当今生物界的网红之一了。涡虫纲的生物最为人所熟知的就是它们谁强谁攻、自攻自受无限再生的性质:切头长头,切尾巴长尾巴,切成279份,就能长出279只完整的虫子[1];不要说切出一只足球队了,大概连观众都能切出来,因此,涡虫也被称为“刀锋下永生”的生物。

涡虫无限再生的能力源自它们强大的成体干细胞库。在特定条件的刺激下,干细胞能够增殖、分化为具有专门功能的细胞,例如神经细胞、肌肉细胞等。 近几年来,研究人员通过调节涡虫体内决定干细胞分化的信号分子浓度,结合切切切大法,惨无人道地制造出了两个头、三个头乃至四个头的涡虫(图2)。

最近,又有实验室利用涡虫可以不停长头的特性研究起了视觉进化与视觉形成——科学家的好奇心和破坏力大概能够与一个五岁小男孩一较高下。

一些科学家相信,所有两侧对称动物(看起来轴对称的动物都属于两侧对称动物)的视觉系统都是从相同的简单视觉感受系统进化而来[4]。从涡虫到人类,都是通过感光细胞中的视蛋白实现光子到生物信号的转换,从而完成视觉响应的第一步。只不过,人类可以通过不同的视蛋白区分颜色(光线波长),也可以利用复杂的神经系统将外部世界的二维投射重构为三维世界;而涡虫的感光细胞内只有一种视蛋白,神经系统也十分简单,只能对光线做出趋避性响应,即在光线的照射下,做出趋向光源或者躲避光源的反应。

涡虫是一种避光性生物,当光线照射在涡虫一侧的时候,涡虫就会选择向没有光线的方向躲避。主流观点一直认为,单视蛋白感光系统仅仅能感受到光线的存在与否,并不能够实现颜色的区分。

然而实验发现,涡虫能够对光线做出更为复杂的响应。当两种不同波长的光从左右两侧同时照射涡虫时,大部分情况下,涡虫会有选择性地向一侧躲避。如果两侧光线的波长差超过25nm,涡虫便能够区分出两者的差异,并向“偏好”的那一侧运动;而涡虫最不喜欢蓝色和青色的光(波长450nm – 500nm),如果这两种颜色的光同时出现,涡虫就开始怀疑虫生,自暴自弃[5]。

那么涡虫是如何区分光线波长的呢?Gulyani实验室猜测,涡虫并不能真正区分入射光线的波长长短。只不过,由于视蛋白对于不同波长的光子吸收能力不同, 导致不同光线照射转化出的生物信号强度不同,涡虫对不同强度的生物信号做出不同的反应,才造成了能够分辨颜色的假象。

为了验证这个假说,研究者们在实验中引入了入射光线强度的变量。真正能够识别特定光线波长的视觉感受系统,对于颜色的判断并不会随着光线强度的改变而改变。例如,人类的视觉系统中有三种分别对红光、绿光、蓝光波长敏感的视蛋白,如果一束蓝光射入人的眼睛,不管这束蓝光是强是弱,都会特异性地激活蓝光敏感视蛋白所在的细胞,并被人类大脑识别为蓝色。

然而实验发现,对于涡虫来说,在同等强度的绿光和蓝光的照射下,涡虫会坚定地选择向绿光的方向运动,但当绿光强度增加到蓝光的8倍时,涡虫就会放弃绿光,转而向蓝光方向躲避[5]。这一结果证实了Gulyani实验室的假说,由于涡虫视蛋白对于蓝青光最为敏感,它们对于蓝青光的躲避行为也最为明显。

利用单一视蛋白的视感受细胞,分辨不同波长的光照并进行趋避,这一套视觉系统已经比仅能区分有光和无光的生物不知高到哪里去了。一般的项目进行到这里,大概就可以收尾了;然而涡虫的研究者们是这么想的:

把涡虫的头切掉,让它的脑子、眼睛和神经重新长一遍,不就能知道涡虫的视觉系统是怎么形成的了?

涡虫学家们简直对这一套流程轻车熟路:第0天,切断涡虫的头,开始观察记录;第4天,可以观察到涡虫重新长出的眼点结构;第5天,腹神经线、头神经节(即大脑)发育并连接完成,涡虫可以在有光/无光实验中做出避光性响应。然而,直到第8天,涡虫才能在波长相差100nm的双侧光照实验中表现出选择性躲避反应;第12天,才完全重建起能够区分波长差为25nm的光线的视觉神经系统[5]。

为什么涡虫分辨“颜色”的能力恢复的这么缓慢呢?

为了解释这个疑问,研究人员利用染色技术观察了大脑恢复实验中涡虫头神经节的发育。实验发现,尽管涡虫大脑的神经通路在断头后的第5天已经基本建立,但是此后的几天内仍然可以观察到大量神经突触的形成,发达的神经突出则是复杂神经反应发生的基础。因此,涡虫的大脑在重新发育时首先形成了能够区分光线有无的简单视觉,进而随着神经系统的发展,建立起对于颜色(光强)的分辨能力。这样分步式的视觉恢复也提供了涡虫视觉系统进化自原始视觉系统的证据。

涡虫还具有一种神奇的能力,称为眼外视觉[6]。很多研究证实,在移除涡虫头部之后,涡虫的身体其它部分能够感知长波长紫外光的照射,并做出反射性躲避反应。大脑恢复实验显示,随着眼脑系统的重建,低等的眼外视觉反应会被大脑介导的视觉响应所压制,在同时照射紫外光与可见光时,涡虫会从躲避紫外光,转变为躲避可见光[5]。这也显示了随着神经系统的发展,多层级的复杂神经调控得以逐步实现。

图5. 即便是被移除头部的涡虫,也能通过身体的其他部分感知、躲避紫外光的照射(视频中照射的并不是可见光,而是385nm波长的紫外线)视频来源:参考文献[5]。

虽然涡虫神经系统的结构还十分简略,但是由于神经系统进化的保守性,学习涡虫的神经系统重建,对于我们理解其它生物、包括人类的神经系统形成与发育都有着启发性的意义。以后的实验中,大概会一言不合先切一只涡虫看看;不知道涡虫们对此会有什么意见……

(编辑:明天)

本文来自果壳网,谢绝转载

如有需要请联系sns@guokr.com

(欢迎转发到朋友圈~)

果壳网

ID:Guokr42

整天不知道在科普啥的果壳网

建议你关注一下

对,这是一个二维码

给果壳发送【二维码】告诉你原理

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
国足主帅出炉:足协为何选择邵佳一也不用高洪波,答案就是两个字

国足主帅出炉:足协为何选择邵佳一也不用高洪波,答案就是两个字

姜大叔侃球
2025-11-06 20:55:06
你这辈子听过最诛心的话是啥?网友:老公的爸爸,要我去找好人家

你这辈子听过最诛心的话是啥?网友:老公的爸爸,要我去找好人家

带你感受人间冷暖
2025-11-05 00:20:06
越南政坛惊天变动:阮维玉空降河内,裴氏明怀突遭调动!

越南政坛惊天变动:阮维玉空降河内,裴氏明怀突遭调动!

丹徒生
2025-11-06 05:48:09
央视提醒!AI盗播名人带货愈演愈烈,温峥嵘怒怼“假自己”反被拉黑

央视提醒!AI盗播名人带货愈演愈烈,温峥嵘怒怼“假自己”反被拉黑

阿废冷眼观察所
2025-11-06 15:55:17
台当局抗议,要求大陆允许赴陆参会,国台办提条件:不答应别想来

台当局抗议,要求大陆允许赴陆参会,国台办提条件:不答应别想来

牛锅巴小钒
2025-11-06 04:26:56
史晓燕揭秘李春平遗产:没有268亿,每年只拿1500万,痴呆是遗传

史晓燕揭秘李春平遗产:没有268亿,每年只拿1500万,痴呆是遗传

不八卦掌门人
2025-11-06 16:12:28
赖清德下令台军备战,蒋万安亮明态度反对统一!台海局势一触即发

赖清德下令台军备战,蒋万安亮明态度反对统一!台海局势一触即发

刚哥说法365
2025-11-04 10:32:20
欧阳娜娜姐姐携老公上综艺,住杭州250平房,老公全职带娃不赚钱

欧阳娜娜姐姐携老公上综艺,住杭州250平房,老公全职带娃不赚钱

阿纂看事
2025-11-06 16:25:36
尼泊尔“一妻多夫”该如何生活?妻子苦不堪言:一点都不幸福。

尼泊尔“一妻多夫”该如何生活?妻子苦不堪言:一点都不幸福。

百态人间
2025-11-06 05:45:02
比缅北更恐怖!曾经的旅游胜地,如今黄赌毒俱全,性交易随处可见

比缅北更恐怖!曾经的旅游胜地,如今黄赌毒俱全,性交易随处可见

来科点谱
2025-10-24 09:25:32
湖南副院长和医生事件:完整视频曝光,曝光者完美隐身,更多内幕

湖南副院长和医生事件:完整视频曝光,曝光者完美隐身,更多内幕

来条娱吃
2025-11-06 21:34:47
有2种女人“不干净”,会“偷走”你的好运,别深交

有2种女人“不干净”,会“偷走”你的好运,别深交

有故事的人
2025-11-07 06:18:07
医院乱象,副院长染指多名女医生护士,被其中一人未婚夫当街追砍

医院乱象,副院长染指多名女医生护士,被其中一人未婚夫当街追砍

四月十九
2024-09-23 14:59:37
连续2天票房第一!48岁的黄晓明,这次终于“开窍”了

连续2天票房第一!48岁的黄晓明,这次终于“开窍”了

皮皮电影
2025-11-06 14:51:03
学医后才明白,增强骨密度最好的运动,不是散步游泳,而是这个

学医后才明白,增强骨密度最好的运动,不是散步游泳,而是这个

周哥一影视
2025-10-23 12:39:17
你做过最疯狂的事是什么?网友:在公园亲了一小时

你做过最疯狂的事是什么?网友:在公园亲了一小时

解读热点事件
2025-10-11 00:20:03
蒙古如今开始后悔,独立已成定局,面对现实只剩下无可奈何

蒙古如今开始后悔,独立已成定局,面对现实只剩下无可奈何

负面黑洞
2025-11-06 15:27:48
同学会要交8万''入场费'',我果断退群,隔天警察告知:昨晚班长没了

同学会要交8万''入场费'',我果断退群,隔天警察告知:昨晚班长没了

悬案解密档案
2025-10-31 15:30:25
心梗去世的人飙升!医生含泪苦劝:无论多大年纪,天冷坚守4原则

心梗去世的人飙升!医生含泪苦劝:无论多大年纪,天冷坚守4原则

刘辉读书
2025-11-04 15:52:46
从董宇辉到孙东旭,“好聚好散”之后,东方甄选还剩下什么?

从董宇辉到孙东旭,“好聚好散”之后,东方甄选还剩下什么?

凤凰网财经
2025-11-06 19:50:11
2025-11-07 07:00:49
果壳 incentive-icons
果壳
科技有意思
26773文章数 4149004关注度
往期回顾 全部

头条要闻

英国国王签署诏书 正式剥夺安德鲁王子头衔

头条要闻

英国国王签署诏书 正式剥夺安德鲁王子头衔

体育要闻

送走两位全明星,公牛成了东部第一

娱乐要闻

“黑料缠身”的白百何 谁给她的勇气?

财经要闻

南银法巴加速发展背后:资金饥渴症待解

科技要闻

小鹏机器人里藏真人?何小鹏发一镜到底视频

汽车要闻

是我眼花了么?怎么大猩猩都来参加新车发布了?

态度原创

数码
旅游
本地
公开课
军事航空

数码要闻

苹果Apple TV全新开场动画幕后:相机结合玻璃Logo实拍

旅游要闻

推开古埃及文明之门(旅人心语)

本地新闻

这届干饭人,已经把博物馆吃成了食堂

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

美国发射洲际弹道导弹 俄方回应

无障碍浏览 进入关怀版