四膜虫,不是昆虫!是比草履虫更娇小可爱的模式物种

作者: 卢平

来源: 果壳网

发布日期: 2018-01-04

嗜热四膜虫是一种比草履虫更娇小可爱的模式物种,体长只有50μm左右,属于囊泡虫类的纤毛虫门。它们在生物学研究中具有重要地位,因其易于培养和丰富的生物学特性,如细胞骨架的研究和遗传机制,帮助科学家发现动力蛋白和端粒酶等。嗜热四膜虫的遗传机制包括无性生殖和交换遗传物质,其大核中的DNA分子通过RNA干扰机制切割,以避免垃圾序列积累。

一花一世界,一树一菩提。2017年物种日历里介绍的最小萌物,毫无疑问是体长200~300μm的大草履虫。作为所谓的原生生物,这些芥子须弥的单细胞生命有着与我们人类大相径庭的生存之道。

嗜热四膜虫可以算是大草履虫的近亲,二者都属于囊泡虫类的纤毛虫门,有着一身短短的纤毛。比大草履虫更加娇小的四膜虫,体长只有50μm左右,有着一副微胖界的梨形身材。四膜虫的细胞表面从头至尾平行分布着18~20列纤毛,“头顶”附近的口器中还有四个纤毛密集的条形区域,在早期的光学显微镜下看起来好像四列“膜”,因此得名四膜虫。

世界上的生物有成千上万种,但在生物学研究中,科学家们常常选择一些特定的“模式物种”来集中精力研究,希望通过研究这些物种增进我们对普遍生命规律的了解。四膜虫就是一种优秀的模式生物——它们极其好养。在野外,四膜虫像大草履虫一样生活在营养丰富的淡水环境中,靠着纤毛摆动前进,遇到能塞进嘴里的东西是来者不拒。四膜虫吞食的食物也会在体内形成食物泡,消化完毕后的残渣从细胞后端排出。

四膜虫可以在很多人工环境下开心地生长,最快2~3小时就能繁殖一代。

除了能生养,这个猕猴桃(或者说长毛的牛油果)还有一些非常有趣的性质。比如说,四膜虫浑身的纤毛由细胞内部发达的“细胞骨架”支撑,所以,可以大量培养的四膜虫是纯化细胞骨架相关蛋白质的好材料。1965年,科学家就利用四膜虫发现了在细胞骨架上充当“搬运工”的动力蛋白 (dynein)。更有意思的是嗜热四膜虫的遗传机制。它们既可以通过细胞直接分裂来完成无性生殖,也可以两两结合、交换遗传物质。

但是,大核对于四膜虫来说同样重要。在大核中,DNA分子舒展开来,合成RNA分子以指导蛋白质的合成,从而指挥各项生命活动。更神奇的是,来自小核的五条染色体在形成大核时被RNA干扰机制切割成了将近200条,每条染色体不再只有2个拷贝,而是有45个拷贝之多。

作为和我们人类相去甚远但又同宗同源的模式生物,嗜热四膜虫不断向我们展示着自然的多样和生命演化的神奇,在“格物致知”的生物学研究中帮助人类越走越远。

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