微生物、病毒与细胞世界

模式生物

/ MOD-ul OR-guh-niz-um /

如果你想弄懂细胞如何运作,你不会从人类这种生长缓慢、错综复杂、又满是伦理顾虑的对象入手。你会挑一个更简单、更快、更便宜的替身,它易于在实验室里培养和研究——并相信你学到的东西能推及他者,因为细胞深层的机器是全体生命所共享的。这样一个被选中的替身,就叫做模式生物(model organism)。

模式生物是科学家作为代表性范例而深入研究的物种,因为在它身上的发现往往能广泛适用。好的模式生物具备一些有用的特性:繁殖快、饲养便宜、基因组小或已被详细绘制、并且可以进行基因操作。经典的名册包括肠道细菌大肠杆菌(E. coli)、面包酵母(一种单细胞真菌)、线虫秀丽隐杆线虫(C. elegans)、果蝇(Drosophila)、斑马鱼、小鼠,以及小型植物拟南芥(Arabidopsis)。每一个都填补一处空白——大肠杆菌用于研究基因和蛋白质的基础,酵母用于真核细胞周期,线虫用于发育和细胞死亡,小鼠用于类似哺乳动物的生物学。

模式生物之所以重要,是因为我们对细胞生物学几乎一切的认识——从 DNA 如何复制,到细胞如何分裂和死亡——最初都是在它们身上摸清的。这之所以行得通,只因为生命在深处高度统一:一个在酵母中控制细胞分裂的基因,往往在你体内有一个几乎一模一样、干着同样活儿的对应物。诚实的局限在于,没有哪个模式生物是人类的完美翻版,因此结论最终必须在你真正关心的物种中加以确认——一种能治愈小鼠癌症的药物,并不总能治愈人的癌症。

面包酵母——就是那种让面包发起来的单细胞真菌——被用来发现驱动细胞周期的基因。结果发现这些基因在人类细胞中有几乎一模一样的“双胞胎”,这项工作还赢得了诺贝尔奖,因为弄懂酵母的分裂,照亮了我们自身的分裂。

在不起眼的面包酵母中发现的细胞周期基因,原来在人类身上有几乎一模一样的对应物。

模式生物之所以强大,是因为生命是统一的,但没有哪个是人类的完美替身。在小鼠、果蝇或酵母中得到的结果,最终必须在真正重要的物种中加以验证。

又称
model system实验模式生物