科学家从尿不湿找灵感终于看清了果蝇的大脑

2019-07-17 22:07 作者:小肉腿字幕组 0人读过 | 我要投稿

和人类的大脑相比，果蝇的大脑和一粒小米差不多。要看清果蝇大脑内部的构造，光是想想都觉得不可思议。

科学家却从婴儿尿不湿获得灵感，成功对果蝇的大脑进行了成像，清晰度可达到纳米级。

首先，果蝇听起来就很讨厌，和人类完全搭不上边嘛，为什么要费尽心思研究果蝇的大脑呐？

果蝇个头虽小，却不是简单的低等昆虫。我们人类身体里有一类专门调控生物形体的基因，一旦这些基因突变，身体的一部分就会变形(请自行脑补惊悚科幻美剧X档案中的蜥蜴人)。很巧，果蝇身体里也有这样的基因，而且它们的基因排列方式与人类惊人地相似。所以，从基因上来说，果蝇是人类的姑妈的同事的邻居的闺女的二大爷。

另一方面，果蝇在生理体征上与人类也有很多意想不到的相似之处。

果蝇在进化过程中与人类拥有共同的生存条件，同样来自非洲，同样是杂食动物，也喜欢吃甜食。而雄性果蝇向异性求爱屡屡受挫的话，它们倾向于吃更多含酒精的食物来麻痹自己伤痕累累的心。但是如果给这些雄性果蝇每天都喝酒，他们会放弃向雌性求偶，反过来会积极地追求雄性果蝇。（好吧，找不着女盆友的男性朋友们，喝点酒吧，不仅可以忘记烦恼，还能让你拥有男朋友！）

上面这只男果蝇求偶遭到女果蝇拒绝，跑去右边的吸管喝闷酒。（图片来源：参考【4】）

还有一点，果蝇的繁殖能力超强，对于每天都在实验室烧钱的科学家来说，果蝇真是一种价格实惠、不挑食、不作妖、生命力顽强的可爱小生灵呢。

作为人类资深的远房亲戚，小小果蝇帮助科学家获得四次诺贝尔生理或医学奖，研究遍及遗传学、发育、生物节律等。生命世界如此多样和复杂，果蝇这种既简约又丰富的模型动物给了科学家一个完美的切入口。

那么，问题来了，科学家用什么神操作来看清果蝇的大脑？

果蝇大脑膨胀之后比以前体积大得多细微结构也更清晰了（图片来源：参考【1】【2】）

养过娃或者女性朋友们可能会比较容易理解这种科技。姨妈巾或者尿不湿里有一种凝胶，锁水效果杠杠的，这就是科学家最初的灵感来源。

他们开发了一种吸水膨胀的类似尿不湿里的聚丙烯酰胺凝胶，将果蝇大脑包埋在这种凝胶后，加上几滴水，果蝇大脑在长、宽、高的维度上各等比膨胀扩大2倍（体积扩大了8倍），同时大脑内部包含神经细胞在内的结构的相对位置不变，此时再用常规显微镜观察果蝇大脑。这种技术称为“膨胀显微镜”。

所以说，黑科技来源于生活，却又高于生活。

另一种显微镜的神助攻

虽然膨胀显微镜有助于精细结构的成像，但脑组织在膨大后很难对深埋其中的部分进行成像，而且增强光源会带来光褪色效应从而破坏做标记的荧光蛋白。因此对于膨大脑组织的快速成像是一个非常大的挑战。这时2014年诺贝尔化学奖得主Betzig教授的晶格层光显微镜（lattice light-sheet microscope）便成为了神勇救兵。这种显微镜每次仅仅照亮超级薄的一层组织，对样品损害小，光褪色少，并能快速成像！这恰恰弥补了膨胀显微镜技术的缺憾。

结合了“膨胀显微镜”和“晶格层光显微技术“，研究人员竟能在显微镜下看清神经元上的超精细结构——树突棘。这种精细结构仿佛一颗颗小蘑菇，生长在神秘的绿色森林中。

这个研究的最大亮点之一，就是对完整果蝇大脑的超清晰和超快速的成像分析。这些图像清晰度能高达60纳米(仅为电子显微镜分辨率的十分之一)，仅用3天即可完成成像。从每个果蝇大脑中研究人员都获得了大约50000个立体图像，随后计算机再把这些立体图像拼成一个完整的果蝇大脑。他们共研究了1500多个树突棘，观察了保护神经细胞的髓鞘，标记了所有的多巴胺神经元，并数清了整个果蝇大脑中的突触。