一条鱿鱼,是怎样建立实验室、解救博士生、获得诺贝尔的

作者: antares

来源: 果壳

发布日期: 2017-04-25

本文讲述了鱿鱼的巨大神经轴突在神经科学研究中的重要作用,以及它如何帮助科学家们解决了实验材料的问题,推动了神经电生理学的发展,甚至催生了一个实验室的诞生。

爆炒鱿鱼花、碳烤鱿鱼、轰炸大鱿鱼,烹饪怎样做都很好吃的鱿鱼时也许你会注意到,剖开它们柔软的身体后能发现两条细细的纤维状物,这就是鱿鱼的巨大神经轴突,神经科学史上的大功臣。在20世纪初期,研究神经系统的电生理学家们苦恼于找不到合适的实验材料来测试神经细胞的信息传递方式:神经系统太复杂,脊髓那样的神经束也难以分离成单根,而神经通常都是μm级别的,在当时的技术条件下根本无法插入电极。

而针对动作电位的实验更是需要放入两根电极,以便抵消细胞膜上的两个分子开关开启产生的电流影响。研究一度陷入困境。好在触手怪鱿鱼解救了他们。20世纪30年代英国动物学家John Young发现了鱿鱼的巨大神经轴突。鱿鱼是大海中最快的游泳健将之一,贯穿全身的巨大神经会触发肌肉反应,将自身向前推。它们的巨大神经轴突直径有1mm之粗,肉眼可见。

虽然听上去仍然很细,但是和通常的实验动物神经已经有了50~1000倍的差距,已经足以放入两根细电极做动作电位实验了。鱿鱼个体(右图)和鱿鱼的巨大轴突示意图(左图)。原图来源:mun.ca/biology/幸福来的太突然,一时间所有的相关研究者都开始用鱿鱼做实验。

来自英格兰的两位科学家艾伦·劳埃德·霍奇金(A.Hodgkin)和安德鲁·赫胥黎(A.Huxley)在此基础上总结出了有名的Hodgkin-Huxley模型,并因此获得了1963年的诺贝尔生理与医学奖。Hodgkin甚至开玩笑表示,他们的诺贝尔奖应该颁给鱿鱼。英国科学家艾伦·劳埃德·霍奇金(左)和安德鲁·赫胥黎(右),神经电生理学的奠基人。

图片来源:维基百科而在这之中,一种产于智利的美洲大赤鱿(Dosidicus gigas)甚至以一己之力催生了一个实验室的诞生。这种鱿鱼长达1.5米,重达40~50千克,它的巨大神经轴突有一根意面那么粗(我知道意面有很多种啦,这里指的是最常见的那种),在测量钾离子信道等方面有远超其他鱿鱼的表现。

由于无法有效保证运输时鱿鱼的鲜度,身靠鱿鱼产地对实验室来说是一个巨大的优势,这也让位于智利的蒙特马尔实验室成为了当时世界上一流的电生理学实验室。但是仅仅过了十年,可能由于厄尔尼诺与海洋酸化的影响,1970年夏天,渔民就很难捕捉到美洲大赤鱿了。这种鱿鱼神秘消失于智利海域之后,科学家们纷纷离开了智利,实验室也随之衰落。如今早已衰落的Montemar实验室。

2006年,Science上甚至刊登了一封呼吁“请不要卖掉我们的实验室”的来信,以阻止它被推倒改建成旅游公寓。在那之后,虽然70年代末膜片钳技术的发明降低了对实验神经粗细的要求,不过美洲大赤鱿在测量钾离子信道等方面仍然有远超其他鱿鱼的表现。在2008年美洲大赤鱿重新在北加州被发现后,科学家们又燃起了希望——他们想要复兴当年辉煌一时的实验室。如果没有美洲大赤鱿的话,神经系统的研究会不会变缓呢?

反正如果那样的话,这个领域里的博士生们大概会更加难以毕业了吧:)

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