百年伙伴万能的果蝇

尹颖尧

加州理工学院研究果蝇的历史已有上百年，从生物学、工程学，到社会科学，果蝇是探索从情感到微生物群的重要合作伙伴。

一个星期四的早晨，位于半地下室的教堂实验室（Church Laboratory）飘出焦糖和现烤面包的香味。它是从一桶粘稠的金色液体中散发出来的。“照顾”液体的是加州理工学院老师鲁伊斯·桑多瓦尔（Ruiz Sandoval）。过去的31年里，鲁伊斯老师每周至少要准备两次这种液体。闻着香味，似乎以为她在为饥饿的研究生们准备食物，其实液体是给加州理工学院科学家们用于研究的果蝇吃的。

对于鲁伊斯老师来说，这一天的任务非常轻松，科学家们只订购了3650瓶液体。通常，她一天要准备六七千瓶液体，喂养数十万只果蝇。

加州理工学院鼓励各实验室繁殖果蝇，以便解锁果蝇所掌握的惊人的科学信息。在过去的几十年里，果蝇被数十个实验室用作大脑、行为、身体发育、飞行力学、遗传学等方面的研究。这群棕色身体、红色眼睛的“小不点”，看起来与人类这一物种相去甚远，却是超级完美的研究模型。首先，果蝇繁殖力超强。只要把雄蝇和雌蝇放入同一试管，10天后，就会有新生命诞生。其次，它们的DNA序列由大约15，000个基因组成，这些基因全都经过充分地研究和归类。最后，加州理工学院研究果蝇的历史长达一个世纪，已能精准地操作单个果蝇基因。

果蝇与智人的关系始于人类从非洲迁出，人类通过发酵谷物和水果来酿造啤酒和葡萄酒的时期。很快，只要有人喝酒，就能找到热爱酵母的果蝇。几千年后，果蝇回报人类，把身体献给了科学。20世纪初，生物学家托马斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）为研究遗传和发育生物学寻找模型。他意识到，没有比果蝇更合适的模型了。果蝇可以装进牛奶瓶，里面放点香蕉泥即可。于是，果蝇和人类开始了长期而富有成效的研究合作。

1928年，摩根来到加州理工学院，成立生物学部，他利用果蝇奠定了遗传学的基本原理。有一天他注意到，他的一只雄蠅的眼睛是白色的，而不是红色。出于对这种特性如何传给后代的好奇，摩根进行了实验。他发现果蝇的眼睛颜色与它的X染色体有着特殊联系。为此，摩根于1933年获得诺贝尔生理学或医学奖。他的研究为理解遗传性X染色体相关疾病，比如血友病奠定了基础。

加州理工学院迅速成为全球果蝇研究中心。

今天，加州理工学院的果蝇研究主要集中于探索它的大脑，以探究神经科学。几个实验室正在研究基因与行为之间的关系。果蝇的大脑是理想选择，因为不像人的大脑（往往被我们对世界的不同体验所塑造），果蝇的大脑是由基因构成的。加州理工学院神经学家伊丽莎白·洪（Elizabeth Hong）研究了气味是如何被编码到果蝇大脑中的。她说：“灵长类动物往往是视觉生物，但在绝大多数动物的世界里，都依赖于嗅觉类的化学感应与环境互动。”这一领域的核心挑战，是了解大脑如何对复杂的气味进行排序和编码，气味既有腐烂水果上酵母的香味，又有附近捕食者的气味。果蝇是研究这一复杂系统的理想模型，因为它们的大脑中只有大约50个独特的气味受体。

果蝇也可以用来理解神经学的其他方面。生物学家大卫·安德森（David Anderson）在实验室里用果蝇来研究进攻、压力和饥饿等行为和情绪是如何被编码到大脑中的。最近安德森实验室发现，果蝇大脑中有一个由三个神经元组成的簇（cluster）控制着“威胁（threat）”，即雄蝇在面对其他雄蝇挑战时所表现出的特定行为组合，比如迅速展开翅膀、快速前冲、不断调整方向……安德森说：“从果蝇到蜥蜴，再到酒吧里好斗的人，威胁行为处处存在，果蝇是一个强有力的起点，以便研究人类是如何产生类似行为的。”

加州理工的果蝇研究并不局限于果蝇的大脑，有的研究者利用果蝇研究飞行，有的研究肠道中的微生物群……