小果蝇大贡献

触景早衰的果蝇

看不见、摸不着的压力不仅确实存在，而且会显著影响动物的健康和寿命。

根据2023年6月的一项研究，黑腹果蝇在感知到附近有同类尸体的情况下，会因为压力表现得更孤僻，它们的体脂逐渐下降，运动能力逐渐丧失。黑腹果蝇一般能活60天，但那些目睹到同类尸体的黑腹果蝇平均寿命仅为45天，感知到同类死亡带来的压力加速了黑腹果蝇的衰老。

借助荧光标记技术，科学家看到了那些目睹同类死亡的果蝇大脑中的R2/R4环状神经元被激活。并且，即便附近没有果蝇尸体，单独激活这些神经元，果蝇的寿命也会缩短。

那么，果蝇大脑中具体哪种物质在调节R2/R4环状神经元？通过进一步分析，科学家找到了答案——FoxO蛋白质。地球上所有动物都有FoxO，人类体内也有，它是最原始、最基础的抗压信号分子，参与能量代谢、细胞凋亡、DNA修复和氧化应激等，这些都是维持动物内环境稳定所必须的代谢过程。

在果蝇实验中，减少果蝇R2/R4神经元中FoxO蛋白质的数量，会造成果蝇寿命缩短。相应的，在人体实验中，促进FoxO蛋白质的更新，可减少许多疾病的发生，并适当延缓衰老。人类身上还有一个特殊版本的FoxO3基因，拥有这个基因型的人，更容易长寿。

找到了引起果蝇早衰的关键蛋白质，只是揭开了早衰和寿命谜团的一角，我们更想知道早衰这种看似有害的机制，为什么会被动物保留下来。

牺牲或许是为了延续种群

衰老即生理功能的恶化，遗传因素和环境共同左右着衰老的进程。而提前衰老（早衰）让生物失去繁殖能力，影响营养吸收和运动能力，并最终导致死亡。既然早衰对生物不利，那为什么所有动物都保留了早衰这个机制？

答案或许是，通过个体的早衰、牺牲，保证种群的延续。

20世纪90年代，科学家发现，当感知到环境中的营养不足后，95%的酵母会启动细胞凋亡程序，让自己的细胞快速破裂，并将细胞中的营养留给剩下5%的同类（这部分酵母会形成孢子，等待环境适宜时再次繁殖）。许多动物感知到环境中的压力时，也会启动类似酵母的“早衰机制”，以牺牲个体的方法保证种群能够存活。或许这也是果蝇早衰的原因之一。

偶然发现理想的实验研究对象

20世纪初，美国生物学家托马斯·摩尔根希望找到一种合适的实验研究对象，用于遗传学研究。挑来挑去，他挑中了果蝇。摩尔根的理由很简单：果蝇很好养（只需香蕉片、牛奶和玻璃瓶，饲养占地小），而且它们10天就能繁殖一代，不像哺乳动物要等上好几年。并且果蝇有非常容易区分的性状。

很快，摩尔根培育出了数十万只果蝇，其中一只白眼果蝇引起了他的注意（果蝇的复眼一般为红色）。摩尔根和他的团队随后对果蝇白眼后代的研究发现，基因可以变异，并在染色体上排列成有序、可复制的图谱。通过研究果蝇，摩尔根构建了著名的遗传染色体学说。

果蝇的性状容易观察

1. 正常果蝇

2. 体色变浅

3. 体色变深

4. 复眼颜色改变

5. 翅膀变小

6. 卷翅

7. 多生翅

8. 白色复眼

9. 复眼缺陷

多亏了果蝇

1. 分子细胞相似性

2. 研究学习、记忆、睡眠、攻击性、成瘾和神经失调

3. 脂肪代谢基因

4. 睡眠不足的影响

果蝇大脑和人类大脑虽然在复杂程度上相去甚远，但两者具有分子和细胞层面的相似性。例如，多巴胺（一种神经递质）对人类和果蝇的行为都有显著影响。科学家从人体中分离出与帕金森病相关的基因并嵌入果蝇的基因组，被嵌入这些基因的果蝇的多巴胺能神经元退化，并出现不断颤抖等帕金森病的症状。多巴胺水平下降是帕金森患者的显著特征之一。

果蝇大脑在功能上也较为接近人类大脑。例如，果蝇能够记住产卵地点，能感知外界环境变化，果蝇也有昼夜节律，甚至会表现出焦虑和抑郁等情绪。神经科学家利用果蝇研究学习、记忆、睡眠、攻击性、成瘾和神经失调。

科学家还在果蝇身上发现了一种脂肪代谢基因，它会导致雌性果蝇体内储存比雄性更多的脂肪，并降低代谢速度。许多动物身上都携带这个基因，人类也不例外（人类女性的平均体脂率比同龄男性更高）。

通过剥夺果蝇睡眠，科学家揭示了睡眠不足对健康的全面影响——不仅提高了患上癌症、糖尿病、心血管疾病的风险，还会加剧抑郁和焦虑。

为什么研究果蝇——因为它和人类共享60%的基因

几乎所有的生物都附有一本说明书，即它的基因组，它告诉生物如何成长、运作和维护。自从人类基因组于2003年首次测序以来，比较基因组学领域已经表明，果蝇和人类基因的相似度大约是60%。近75%的导致人类疾病的基因也存在于果蝇中，这使它们成为研究人类疾病的良好模型。

根据2016 年的一项研究，果蝇和人类身上都有两种影响睡眠的蛋白质。2011 年的诺贝尔生理或医学奖，被颁发给三位科学家，以表彰他们发现果蝇体内激活先天免疫的传感器分子，而且这个分子在人类身上也起相同作用。2017年，科学家又在果蝇身上发现了控制生物昼夜节律的基因，这个基因在人类身上也发挥同样作用。

觅食是动物王国中最原始和最重要的行为。在黑腹果蝇中，根据觅食基因（for）的不同表达，黑腹果蝇分为“运动者”和“评估者”。“运动者”比“评估者”更愿意探索周围的环境。这种区别在人类身上同样存在。在一项实验中，参与者被要求在电脑上玩一个寻找食物的游戏，结果，参与实验者的觅食路径与果蝇表现出惊人地相似，也分为“运动者”和“评估者”。

身体结构功能的相似性

果蝇心脏也被称为背脉管，虽然结构比人类心脏简单得多，但两者的发育模式和功能却有很多相似之处。因此果蝇心脏可以被用于研究人类心脏疾病的形成机制和导致先天性心脏病的基因。

你可能不知道，果蝇也会得肾结石。用果蝇研究肾结石的治疗药物有很多优点：果蝇的肾小管透明，方便观察结石的形成过程；果蝇的肾结石形成周期短；获取它们的肾结石比较方便，不用考虑它们的术后恢复。

虽然蝇类比人类早五亿年出现，但果蝇采用的先天免疫系统的许多组成部分依然被人类等动物保留了下来。例如，抗菌肽是一类杀死细菌的毒性蛋白质，人类唾液中就含有和果蝇体内类似的抗菌肽，作用都是杀死水果中常见的细菌：醋杆菌。

为什么说人类和体长几毫米的果蝇有许多的相似性？

人类基因组大约有1.9万个负责编码蛋白质的基因；在果蝇基因组里，这个数字约为1.5万。已知的人类致病基因大概有六成可以在果蝇的基因组里找到。人类的干细胞与果蝇的干细胞也有着相似的更新和分化机制。

回望过去，作为最重要的模式生物之一的果蝇一直默默帮助推动着人类的各类科学课题：人类基因组、药物研发、胚胎发育、运动、学习、记忆、情绪……从不起眼的果蝇身上，我们收获颇丰。不仅如此，果蝇还在人类长期定居太空方面的研究上做出了巨大贡献。研究果蝇在太空环境下身体发生的变化，为人类的太空事业节省了大量的时间和经费。光凭这一点，小小的果蝇就值得我们重视。

诺贝尔奖中的常客

果蝇已经成为地球上被人类研究和了解得最深入的动物之一，迄今果蝇已经帮助科学家拿下六项诺贝尔奖。

1.1933年，摩尔根培育出一只白眼果蝇，从此开创了对果蝇遗传突变的研究，基因位于染色体上，染色体可以将基因传递给后代；

2.1946年，摩尔根的学生米勒发现X射线能使果蝇的突变率提高150倍，同时也会引起染色体畸变。

3.1995 年，路易斯等三位科学家通过研究果蝇发育基因，发现了早期胚胎发育的遗传调控机理。

4.2004 年，阿克塞尔等人阐明了果蝇嗅觉系统的工作原理，发现果蝇大脑负责嗅觉功能的特定区域，该区域包含大约1000 种不同的基因，产生了许多嗅觉受体。

5.2011年，博伊特勒等人发现，当遭遇病原微生物入侵时，哺乳动物和果蝇会使用相似的受体分子来识别并激活先天免疫，这些分子被认为是先天免疫的传感器。

6.2017 年，遗传学家霍尔等利用果蝇发现了控制生物钟昼夜节律的关键分子机制。