发布网友 发布时间:2022-05-11 09:08
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热心网友 时间:2023-10-09 21:35
乌贼与细菌的愉快合作
夏威夷短尾乌贼是一种只有成年人半个大拇指那么大的小家伙。别看它块头小,但谋生的本领却不小。在所有头足类动物中,它是非常罕见的会发光的一种。
要说这小家伙的谋生本领中最令人赞叹的,是它身上携带的发光器。它的发光器就像是它身上的一对原始眼,也像是一对“手电筒”。当夜晚来临,短尾乌贼通常会在水面捕食,而且喜欢从上往下袭击猎物。在这种情况下,如果遇到月朗星稀的夜晚,它可能就会遇到麻烦,因为它处在猎物的上方,所以它们的影子很容易被猎物发现,因此很难捕获猎物。有了发光器,由它射出的光就可以补偿被短尾乌贼挡住的月光,这样,它的影子自然消失了,偷袭就可以顺利进行了……凭借这一手,短尾乌贼还可以躲避其身体下面的捕食者的视线,以此来消灾避难。研究表明,短尾乌贼的发光器还可以用来进行同类间的通讯联络和“谈情说爱”。
短尾乌贼的发光器官虽然作用奇特,但更奇特的是,它竟然是生物合成学的一个杰作!
研究证实,短尾乌贼并非是自己发光,而是依靠一种发光细菌而发出光芒。为了获得避难所和稳定的营养来源,发光细菌寄生在短尾乌贼“小眼窝”的蜗居里,并为宿主随时展现发光能力。两者之间的互惠关系在短尾乌贼一出生就开始出现了。短尾乌贼出生后,就会立即从周围的环境中获取发光细菌。它们甚至还会控制由细菌所发出的光线的亮度和方向。
人类第一盏生物荧光灯泡
短尾乌贼发光器的秘密,其实就是现代生物合成学的一个成功案例。受此启发,前不久,英国剑桥大学的一个研究团队想到了用这种技术来制造细菌灯泡,以此来给灯泡家族再添一个“新丁”。当然这种灯泡是绝对另类的,因为它是由生命元素打造的生物灯泡!
的确,这盏生物灯泡里面没有金属物质,也不需要耗电,里面装的是会散发荧光的大肠杆菌。特别有意思的是,通过把这盏生物荧光灯泡和真正的白炽灯泡对比后发现,这种灯泡的能量利用率非常高,几乎所有的输入能量都被变成了光。而相比之下,白炽灯会把90%的能量浪费在发热上面。
那么,为什么要选择大肠杆菌来发出荧光呢?大肠杆菌又是如何具备发光能力的呢?其中的道理并不复杂。因为生活在人和动物肠道内的大肠杆菌生命力非常强,而且对人类不会有什么危害,所以让它担当发光重任非常合适。
但要赋予它发光能力,就要破解短尾乌贼发光器里发光细菌的秘密。研究发现,这种细菌的发光是由一组五个基因引发的,其中两个基因组成荧光素酶,另外三个基因负责制造荧光素。当荧光素酶与荧光素结合以后,就会发光了。依据这个发现,研究团队开始了基因组移植实验,结果成功地把这控制发光的基因组整体转移到了大肠杆菌中,真正赋予了大肠杆菌发光的能力。于是,人类第一盏生物荧光灯泡从此诞生了。
打造“生物长明灯”
不过,新发明的这种灯泡还显得比较“嫩”——持续点亮的时间不长,这主要是因为灯泡里的大肠杆菌本身寿命有限,而且其所繁衍的下一代没有发光的本领。所以,如何让这种灯泡持久放光,还需要做许多探索和突破才行。
最近,美国威斯康星大学的一个研究小组就开始了研制“生物长明灯”的大胆尝试。他们第一步是要研制一个特殊小罐子,有了这种小罐子,未来任何人都可以用它来组装生物灯泡。这种小罐子其实就是一个密闭生态系统,里面有不同种类的微生物,其中一种微生物的排泄物是另外一种微生物的营养食品,每种微生物都必不可少——有了这样的小生物圈,这个密闭的生态系统就能“长命百岁”。
当然,小罐子里的核心角色是经过基因工程改造的会发光的大肠杆菌。这种细菌生活在这个小罐子里,靠着与其他微生物的相互支持,不但能“丰衣足食”,还能繁衍后代。这样,它们就能反复发光和“充电”了。
前面的步骤相对容易完成后,后面的步骤则完成难度很大。因为要想让会发光的大肠杆菌持续发光,就必须让它的后代也遗传其前辈的这种本领,这样它们在小罐子里才能持续发光,从而成为“生物长明灯”。当然,这是一项复杂的基因改造工程,攻克这个难题其实只是个时间问题。
美国科学家指出,随着合成生物学研究的不断深入和普及,合成生物学未来不但能真正催生出实用的“生物长明灯”,还能催生出很多科学奇迹。
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