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      鼠先生的大貢獻(xiàn)

      2020-06-01 04:20:52本刊綜合
      發(fā)明與創(chuàng)新 2020年19期
      關(guān)鍵詞:傳粉花蜜小白鼠

      ◆本刊綜合

      十二生肖輪流上場,又到鼠當(dāng)班的時候了。

      雖然位列十二生肖之首,但是鼠長得不討喜,還偷吃食物、亂咬東西、傳播疾病……很多人對它們怎么也愛不起來,甚至望而卻步。就連列舉幾個帶“鼠”字的成語,都很難找到褒義的。

      難道鼠真的一無是處嗎?非也,它們是生態(tài)系統(tǒng)中重要的物種,有些植物很喜歡它們。它們中的一些成員在實驗室里努力工作,是科學(xué)家的得力助手,稱得上大功臣。

      鼠的小檔案

      鼠不是專指一種動物,而是一類動物,即嚙齒目動物,這類動物有兩對鑿狀的大門牙,門牙終生生長,一刻也不停歇,需要經(jīng)??袞|西來磨短。

      嚙齒目動物是哺乳動物中最龐大的群體,除了南極洲外,其他各地都能看到它們的身影?,F(xiàn)今記錄在冊的嚙齒目動物有2200多個物種,占哺乳動物物種數(shù)量的40%以上。鼠類是嚙齒目動物中非常原始、重要的一個分支,種類多樣化,有500多種,比如田鼠、冠鼠、倉鼠、竹鼠等,當(dāng)然還少不了喜歡在糧倉上躥下跳的老鼠。

      鼠類的存在已經(jīng)有上億年歷史了,考古學(xué)家還在1.5萬年前的人類穴居遺址里發(fā)現(xiàn)了老鼠化石。

      生態(tài)圈中的一份子

      地球上各種群體與環(huán)境之間形成了一個相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約的生態(tài)系統(tǒng),鼠是生態(tài)系統(tǒng)中重要的物種,沒有它們,生態(tài)系統(tǒng)就會陷入紊亂,生物多樣性遭到嚴(yán)重破壞。

      你可能以為鼠只會和你搶吃的,其實在野外,它們還會吃其他東西,比如昆蟲,一來昆蟲數(shù)量巨大,二來昆蟲富含蛋白質(zhì)。如果沒有了鼠,昆蟲們便可以肆無忌憚地生活,數(shù)量暴增。有的昆蟲是出了名的害蟲,比如蝗蟲,它們到處啃食農(nóng)作物、毀壞農(nóng)田,數(shù)量增多后,農(nóng)作物的產(chǎn)量必然大減。

      如果沒有了鼠,那些捕食鼠的動物如貓頭鷹、蛇就沒有食物來源。當(dāng)然,貓頭鷹和蛇等都不傻,不會因為沒了鼠而白白餓死,它們總會找到其他食物,導(dǎo)致該物種大量死亡。

      花粉的傳播者

      鼠類的食性很雜,植物的根、莖、葉、果實,它們都吃,居然有植物喜歡它們?別說還真有。有些植物不止喜歡,還將“終身大事”交給它們。

      我們來看看具有代表性的一種植物,老鼠喝下它們調(diào)制的“特飲”,無覺察地完成了傳粉任務(wù)。

      喜歡鼠的奇葩植物

      喜歡養(yǎng)球莖植物的朋友可能聽過魔鏡花屬植物,它們跟風(fēng)信子是同族的親戚,同屬天門冬科。魔鏡花屬植物中有一種學(xué)名叫Massonia depressa的特殊植物,生長在非洲干旱地區(qū)。

      夏天,它以種球的形式生存,種球就是植物球莖,呈圓形,埋在地下,可以抵擋夏日的炎熱。到了秋天,種球上長出兩片葉子,這兩片葉子緊緊貼著地面,葉根部抱成一團(tuán),這樣能把水聚在葉底,再導(dǎo)向植株為己所用。葉片上長有斑點,好似巖石,能躲避食草動物的啃食。

      冬天是Massonia depressa的開花季,但是在嚴(yán)寒的冬季,昆蟲的活動強(qiáng)度大大減小,而且不太容易注意到貼在地面上的花,因此這種植物只能將“終身大事”——傳粉托付給當(dāng)?shù)氐膸追N老鼠。老鼠在這個季節(jié)不太容易找到食物,極缺能量。為了更好地合作, Massonia depressa專門為老鼠調(diào)制了一種“特飲”——花蜜。

      “特飲”具有“鼠性化”

      Massonia depressa開花時會像風(fēng)信子一樣,從兩片葉子的中心抽出一個花序軸來,軸上花朵密布。但花序軸不會像風(fēng)信子的那樣高出地面很多,而是湊在一起,像個團(tuán)子,為老鼠調(diào)制的“特飲”就藏在每朵花里面。老鼠不需要跳很高,在地面上就可以嘗到花蜜。

      老鼠是夜行性動物,為了方便老鼠傳粉,Massonia depressa的花蜜分泌時間與老鼠的活動時間一致。晚上,花蜜的含量達(dá)到最高,而且這種花的花蜜含糖量高,能為老鼠提供大量能量。

      一般的傳粉動物有專門特化的口器,可以從花的基部把花蜜吸出來,但老鼠不一樣,只能用舌頭舔食的方式吃花蜜。為了方便老鼠舔食,花蜜的黏性比同等糖溶液高近400倍。研究人員推測,花蜜里含有黏多糖,可以增加花蜜的黏稠度,這樣老鼠沾一下就能把花蜜帶出來,實在是非?!笆笮曰?。

      光對老鼠的胃口還不行,藏著這么高能量的食物,還得防止其他動物偷食,因此Massonia depressa的花顏色比較暗淡,還會散發(fā)出一種發(fā)酵的氣味,聞起來像是食物壞掉了。更有趣的是,研究人員發(fā)現(xiàn)這種植物的花蜜里含有木糖,昆蟲、鳥類等傳粉動物消化不了,所以不喜歡它,但是老鼠能消化它,這樣就排擠了其他訪花者。

      安全很重要

      老鼠雖然體型不大,但是牙齒鋒利,有啃食植物的習(xí)性,為了保障自己的安全,Massonia depressa的花的基部長有一些堅硬的、朝上的苞片,提醒老鼠取食花蜜時不要越界。同時用來傳宗接代的雄蕊與雌蕊的位置遠(yuǎn)高于花蜜所在的位置,與后者的距離接近1厘米,這樣可以防止老鼠吃花蜜時破壞雌蕊、雄蕊。再加上是在夜里訪花,老鼠踩在“吧臺”——葉子上,默默地舔花蜜,不覺察地完成傳播花粉的任務(wù)。

      不得不說,Massonia depressa將傳粉這件“終身大事”交給老鼠很明智。研究者發(fā)現(xiàn),即使這種植物的花在白天開放,也只有極少的昆蟲來訪。他們用特制的袋子把花套住,阻止老鼠等小型動物跟花接觸,但是不妨礙鳥和昆蟲接觸花,結(jié)果Massonia depressa的結(jié)實率遠(yuǎn)低于正常的結(jié)實率。也就是說,沒有老鼠,這種植物可能很難把種群延續(xù)下去。

      它們也離不開鼠

      找老鼠幫忙傳粉的不止Massonia depressa這一種植物,目前已知至少有三個科的植物需要老鼠傳粉。盡管這些植物親緣關(guān)系很遠(yuǎn),但是為了適應(yīng)老鼠傳粉的需要,演化出了一些相同的性狀,包括貼在地面上的花、散發(fā)發(fā)酵的氣味、顏色并不鮮艷、保護(hù)花中器官的堅硬苞片等。

      在南非,山龍眼科的帝王花屬是一個龐大的家族,其中少量品種的花貼近地面,上面有密密的葉叢遮蓋。它們在夜晚釋放氣味,吸引鼠類前來采食花蜜和花粉,順便幫忙傳播花粉。

      實驗室里的“神助手”

      小鼠是鼠類的一種,由小家鼠演化而來,經(jīng)長期人工飼養(yǎng)選擇培育,廣泛分布于世界各地。別看小鼠不可愛,它們卻是科學(xué)家的“寵物”,是一群可歌可泣的英雄,在實驗室里默默奉獻(xiàn)著。

      送入實驗室的農(nóng)場小鼠

      其實,喜歡小鼠的人也是存在的,100多年前生活在美國馬薩諸塞州的艾比女士就是一個小鼠發(fā)燒友。她在自家農(nóng)場飼養(yǎng)了大量小鼠,并將它們賣給跟她一樣的愛好者。

      1908年,艾比發(fā)現(xiàn)一些小鼠得了病,似乎是長了腫瘤。當(dāng)時,人們并不知道動物會不會長腫瘤,于是她把小鼠送到賓夕法尼亞大學(xué)的腫瘤研究所。研究人員證實這些小鼠的確患上了腫瘤,想到可以用這種小鼠研究癌癥。在接下來的11年里,艾比不斷地給實驗室提供患癌的小鼠,研究人員經(jīng)過認(rèn)真研究,終于有史以來第一次證明腫瘤不是傳染病。

      第一只實驗室小鼠的誕生

      科學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)小鼠真是一種研究利器,唯一不足的是,從農(nóng)場買來的小鼠品系太過混雜,遺傳背景復(fù)雜,因此很難在不同的小鼠上重復(fù)實驗。為了更好地研究腫瘤,人們決定培養(yǎng)一些利于研究的純種小鼠。

      最早將這個愿望變?yōu)楝F(xiàn)實的是哈佛大學(xué)的一個研究生。他從艾比那里得到了一些同胞的小鼠,通過不斷繁殖、挑選培養(yǎng)出了首只自交系棕色小鼠。可惜的是,這種小鼠誕生后不久,傷寒桿菌席卷了實驗室,他只能將其殺死。

      培育純系小鼠是一項費(fèi)時費(fèi)力的工作,幸運(yùn)的是,有不灰心的人愿意把這項艱難的任務(wù)繼續(xù)下去。1913年,紐約紀(jì)念醫(yī)院一個名叫巴格的科學(xué)家從老鼠販子那里購買了一些白化病小鼠,又開始了實驗小鼠的培育。

      小白鼠都有白化病

      如今,小白鼠是實驗室小鼠最標(biāo)準(zhǔn)的形象,但很少有人知道,它們?nèi)际前谆』颊?。巴格之所以選擇白化病小鼠,是因為白色的小鼠更便于觀察、更適合作研究對象。

      巴格買到小白鼠后便開始了近親繁殖的培育實驗,但很快,他有了意外發(fā)現(xiàn):有一些小白鼠長了腫瘤,于是立即將患有腫瘤的小白鼠挑出來,讓它們彼此之間近親繁殖,從而獲得了一種帶有缺陷的腫瘤易感基因的“厄運(yùn)小鼠”,它們長到一定的歲數(shù)就很可能長腫瘤。這對小白鼠來說是一種悲慘的命運(yùn),而對實驗人員來說,則是大有裨益的好道具,當(dāng)然價格也與價值相匹配,1919年,一只患有自發(fā)性腫瘤的小白鼠的價格是300美元。

      隨后,這個產(chǎn)業(yè)不斷壯大,專門的小鼠工廠源源不斷地向全球研發(fā)機(jī)構(gòu)輸送各種“疾病模型”,從腫瘤、心血管疾病到肥胖……不一而足,為近一個世紀(jì)以來醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展獻(xiàn)出了一份力。

      天生適合做實驗

      小白鼠之所以經(jīng)常上鏡,是因為它們長相可愛,易于被公眾接受。其實,在實驗室里還存在大小、形狀、毛色各異的小鼠,它們都是“天生用來做實驗的料”,其原因有很多。

      首先,小鼠體型小,性情溫順,易于抓捕,飼養(yǎng)管理方便,而且繁殖能力強(qiáng)。通常來說,一只小鼠一年產(chǎn)仔6~10胎,每胎產(chǎn)仔數(shù)為8~15只。

      其次,小鼠對外來刺激極為敏感。它們對多種毒素和病原體具有易感性,對致癌物質(zhì)也很敏感,自發(fā)性腫瘤多,這是其他實驗動物不能比擬的。

      另外,小鼠的生物學(xué)意義較大。純系小鼠的培育方法已經(jīng)形成了一套基本體系,科學(xué)家培育出來的小鼠個體差異非常小,這有利于得出更精準(zhǔn)的實驗結(jié)果。

      最重要的原因是,小鼠的基因序列跟人類的差不多,它們的全基因組和人類的相似度極高,人類很多頑疾可以在小鼠身上找到相似的性狀,便于研究人員對癥下藥。

      最奇特的實驗小鼠——裸鼠

      最奇特的實驗小鼠非裸鼠莫屬。裸鼠,顧名思義就是全身沒有毛發(fā)的小鼠,而導(dǎo)致無毛的基因突變同時削弱了它們的免疫系統(tǒng),令它們成為了最好的腫瘤移植對象。科學(xué)家將人類腫瘤細(xì)胞移植到小鼠身上,健康的小鼠會排異殺死這些人類腫瘤細(xì)胞,但裸鼠不會,因此科學(xué)家可以在裸鼠身上盡情研究人類腫瘤。除了腫瘤外,裸鼠身上還可以種植出人耳。

      脫發(fā)是現(xiàn)代人關(guān)心的話題,而裸鼠還能成為生發(fā)治療手段的研究對象。2012年,科學(xué)家將人及小鼠的干細(xì)胞植到裸鼠的皮膚下,并誘使干細(xì)胞長成了毛囊,最后成功地長出了一些纖細(xì)的頭發(fā)……這些毛囊甚至能與神經(jīng)及肌肉相連,功能十分完整。也許,脫發(fā)救星不久后就會出現(xiàn)。

      看來,鼠并不是我們想象的那般聲名狼藉,也并不是“老鼠過街,人人喊打”,它們承擔(dān)了重要的生態(tài)功能和研究功能,做出了大貢獻(xiàn)。

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