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2021-08-02顯微鏡下的生死搏鬥 線蟲與線蟲捕捉菌的神鬼交鋒 620 期

Author 作者 林宏澤、阮聖茜、薛雁冰

掠食者(predator)捕食獵物(prey)的行為在大自然間十分普遍,大從非洲大草原的獅子狩獵斑馬,小到豬籠草捕捉被捕蟲籠吸引的昆蟲,掠食者們會想盡辦法抓到更多獵物,而獵物則會想盡辦法逃脫。掠食者致命的爪子、靈敏的視覺與聽覺,能讓牠們發現並快速地捕捉與殺死獵物;獵物們則會透過警戒色、偽裝、擬態等應對策略,模仿周遭環境的型態或顏色,將自己隱藏在背景中,不被掠食者發現。

掠食者與獵物的交互作用如何影響物種的演化?共同演化常發生在掠食者與獵物間,在捕食的過程中獵物必須想辦法不被捕食,而掠食者則必須想辦法克服獵物的抵抗,演化出新的捕食模式,獵物又需更進一步改變策略,一來一往形成演化上的軍備競賽。

 

地球上數量最多的動物:線蟲

線蟲動物門(Nematoda)下大約有100多萬個物種,是地球上數量最多的生物,牠們分布廣泛,從土壤、海洋、動物、昆蟲、植物、冰層內都能發現牠們的蹤跡。其中,秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)為一種模式生物(model organism)〔註〕,是研究發育生物學及神經科學的絕佳材料。秀麗隱桿線蟲的成蟲體長僅1 毫米,由於其蟲體透明,因此我們可以在顯微鏡下觀察到線蟲的每一個細胞,甚至能從胚胎開始觀察細胞分裂的情形,並繪製出由單細胞發育至成蟲959 個細胞的細胞淵源圖。此外,秀麗隱桿線蟲還非常容易在實驗室內培養,且具有極短的生命週期,僅僅3天便能使線蟲從卵成長至能下蛋的成蟲。


〔註〕模式生物是指被科學家們廣泛研究,能使科學家深入了解其生命現象的物種。藉由對模式生物的研究結果,能解釋許多物種發育、遺傳、疾病等生理機制。通常模式生物具有體積小、生活史短、成本低、方便在實驗室中操作與培養、繁殖快且子代多、基因組不複雜等特性,其他如酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)、果蠅(Drosophila melanogaster)、斑馬魚(Danio rerio)、小鼠(Mus musculus)也是實驗室中常見的模式生物。
 

2002年時,布瑞納(Sydney Brenner)、霍維茲(Robert Horvitz)、蘇斯頓(John Sulston)因建立秀麗隱桿線蟲作為模式生物,與對細胞程序性死亡(programmed cell death)〔註〕的研究獲得諾貝爾生理醫學獎(Nobel Prize in Physiology or Medicine);而之後在秀麗隱桿線蟲上的研究如RNA 干擾(RNA interference, RNAi)〔註〕、綠色螢光蛋白(green fluorescence protein, GFP)的應用與改良均是科學史上的重大發現,且分別於2006年與2008年獲得諾貝爾獎。


〔註〕細胞程序性死亡是指動物在發育過程中,為了移除不必要細胞而發生的反應。
〔註〕RNA干擾是藉由小片段RNA干擾蛋白質表現,並誘發基因靜默(gene silencing)的現象,進而抑制基因表現。

世界上的科學家們對秀麗隱桿線蟲的研究已持續40 多年,不論研究方法或工具都十分成熟,大幅縮短了研究所需的時間。而秀麗隱桿線蟲也是第一個被全基因體定序(whole genome sequencing)的動物,我們也可以在線蟲上利用核酸干擾的機制進行基因靜默;另外,透過遺傳篩選(genetic screen)加上全基因體定序突變株,則可以迅速找出線蟲突變株中可能的突變基因。……【更多內容請閱讀科學月刊第620期】