线虫:生物工程中的恐怖分子与守护者

作者: 常亮等

来源: 科学大院

发布日期: 2023-10-12 07:01:05

本文详细介绍了线虫这一生物群体,包括其与蚯蚓的区别、在科学研究中的重要性、对人类和生态系统的双重影响,以及如何平衡利用线虫资源。

“恐怖分子”和“守护者”,都在这种“生物工程师”的家族里。常见的线虫(图片来源:pixabay)。图片上的生物,细细的、长长的,看起来非常像蚯蚓,那么这种生物是蚯蚓的幼虫吗?其实这种生物叫做线虫,虽然形态上看起来像小一号的蚯蚓,但它与蚯蚓之间有着很大的差别。在它的庞大家族里,有令人头疼的“恐怖分子”,也有人们离不开的的“生态守护者”。

蚯蚓与线虫的对比(图片来源:Hippopx)。

从蚯蚓与线虫的对比图中我们就能看出,最明显的差异之一是它们的身体形状和结构。相比于线虫,蚯蚓体型更为肥硕,全体由多数环节组成,有明显的头和尾,体表具刚毛;而线虫有一个长的、圆柱形的身体,像线一样又细又长,身体两侧对称,体表光滑不分节。除此之外,它们之间还有一些其它的差别。它们的食谱不同,蚯蚓是杂食动物,而线虫体型更小,属于微型。

所以蚯蚓可以进食包括树叶、植物根系和其他土壤生物在内的有机物,而线虫进食土壤中的细菌、真菌和其他小型生物。它们的繁殖策略(或者说性别搭配)不同。蚯蚓是雌雄同体的,同时拥有两套性别的生殖器官。这也就造就了一种独特的繁殖方式,蚯蚓会与另一个体交配并交换精子,每个个体都会产生含有受精卵的茧。而线虫则是常见的雌雄个体交配产生后代的方式。当然,蚯蚓与线虫在分类地位上也大不相同。

蚯蚓属于无脊椎动物门,而线虫则属于线虫动物门,二者之间差了十万八千里。由此可见,线虫不是小一号的蚯蚓。

秀丽隐杆线虫(图片来源:pexels)。秀丽隐杆线虫能成为发育生物学、神经生物学、基因功能研究等领域重要的实验生物,很大一部分原因是在1963年南非生物学家Sydney Brenner对线虫的相关研究掀开了新篇章。如果说,在线虫将近2万个蛋白编码基因中有60-80%和人类同源,你会不会有点吃惊?

但事实如此,作为第一个被完整测序的多细胞真核生物,线虫给人类带来的一种新的可能性。(其幼虫阶段可脱水98%,与三体人都有共性)比如,以线虫为载体第一次讲清楚了细胞凋亡、RNA干扰和microRNA等生命现象和机制。就连胰岛素样信号通路,其作为第一个影响寿命的信号通路,也是首先在线虫中介绍,后来在许多其它物种上被证实。基于对线虫的研究,许多科学家也因此获得了诺贝尔奖这一科学界的最高荣誉。

2002年诺贝尔生理学或医学奖由英国科学家悉尼·布伦纳、约翰·苏尔斯顿和美国科学家罗伯特·霍维茨获得。他们以构造简单的线虫为研究对象,在观察线虫的细胞生长分化过程中,发现多个能够调控器官发育与细胞程序性死亡的基因;并且证明包括人类在内的高等生物体内也有相对应的基因存在。2006年生理或医学奖授予了美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛,他们利用线虫阐明了RNA干扰的机制。

2008年化学奖的获得者之一,美国科学家马丁·查尔菲则把绿色荧光蛋白用在了线虫的研究中作为“基因标签”。

蛔虫属于线虫动物门,是线虫的一种。蛔虫是一种寄生虫,可使人类感染,患蛔虫病。蛔虫病是全球范围内最主要的蠕虫感染,根据专业机构统计,全世界每年大约有8.07-12亿人感染蛔虫。得了蛔虫病之后,患者会出现恶心、腹痛、营养不良等症状,有些病症若不及时就医,还会导致生命危险。

蛔虫的生活史(图片来源:《普通生物学》)。还有一种是线虫中的“恐怖分子”,会对森林造成毁灭性危害,这就是松材线虫。松材线虫病是全球森林生态系统中,最具危险性毁灭性的病害之一,具有极强的传染性,被称为松树的“癌症”。自然状态下,单株的松科植物一旦感染该病,最快40多天即可枯死,三至五年内即可使整片松林毁灭。

(点击看0.001米的现实版“水滴”毁灭松林)感染松材线虫病的松树正濒临死亡,呈现出“红绿相间“的尴尬色彩(图片来源:中国林业信息网)。松材线虫病的自然传播需要借助媒介昆虫的活动,比如松褐天牛和云杉花墨天牛等。这些媒介昆虫从罹病木中羽化时携带松材线虫,在补充营养和产卵时传播到健康松树上,侵染其他松树。松材线虫病的侵染循环(图片来源:《中国绿色时报》)。

线虫是地球上数量最大的动物群体,各种线虫的数量加起来占地球所有生物的80%,不仅数量庞大,线虫的种类也繁多。到目前为止,已有超过25000多个被记录的物种,而总数估计有100多万种。线虫分布广泛,几乎所有类型的土壤中都能发现他们的痕迹。土壤中的线虫(图片来源:Piqsels)。这些土壤中的线虫通过取食真菌、细菌,促进有机质分解、养分转化和能量传递。

对于土壤中的肥料,线虫则充当起“催化剂”的作用,线虫通过取食与非取食过程调控微生物群落的生物量、数量以及群落结构组成, 释放固持在微生物体内的碳和氮, 促进土壤生态系统养分循环, 提高地上植物生产力。线虫在土壤食物网中占据的营养级和能量通道(图片来源:《线虫区系分析指示土壤食物网结构和功能研究进展》)。土壤中的线虫不仅对土壤功能有重要作用,还对农业害虫有很好的防治作用。这类线虫叫做昆虫病原线虫。

害虫也有天敌吗?有,昆虫病原线虫就是地下害虫的一种生物天敌。它的优势在于寄主广泛,对地下和钻蛀性害虫防治效果好。并且其消化道内携带有病原菌,当它从昆虫消化道或体壁侵入昆虫寄主体内后,共生菌从线虫体内释放出来,在昆虫血液内增殖,最终使寄主昆虫感染病原杆菌患败血症而死亡。由此可见,大部分线虫,是我们人类忠实的“守护者”。

对待线虫这个善恶物种的集合体时,我们应该防治线虫中的“恐怖分子”,保护线虫中的“守护者”。这样,线虫便会是我们的“好朋友”。其实我们要寻找的,是一种相互制衡的状态。在土壤生态系统中,线虫与真菌、细菌既是取食与被取食的关系,同时又是寄生和被寄生关系,植物、土壤、土壤生物之间相互影响、相互制约,共同维护着土壤的生态平衡。在了解完线虫的故事后,你对线虫的印象是否刷新了呢?

土壤是我们赖以生存的地方,让我们与线虫一起守护我们共同的土壤吧!守护我们的土壤(图片来源:veer图库)。

UUID: 37f40e1a-abe2-43e8-a8a3-147dd3f3c4b8

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/科学大院公众号-pdf2txt/2023年/科学大院_2023-10-12_“恐怖分子”和“守护者”,都在这种“生物工程师”的家族里.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0081 元