文章图片
浙江新闻客户端 记者 何冬健 林婧 通讯员 许雅文
张国捷教授在库房中整理各种标本
21年前 ， 一张类似生命密码图的人类基因组精确图谱面世 ， 让我们得以一窥人类生老病死的遗传奥秘 。
而在过去的十余年 ， 全球蚂蚁基因组联盟计划、万种鸟类基因组计划……一项项令人惊叹的生命科学领域“探月工程”在国际知名演化生物学专家张国捷的主持、参与下向高、向深迈进 ， 突破了一个又一个的难关 。
近日 ， 这位学者来到杭州 ， 以讲席教授的身份全职加入浙江大学医学院 ， 将在良渚实验室展开他的科学探索 ， 为浙江的生命健康高地建设贡献自己的国际视野与科学力量 。
在余杭塘路866号的临时办公室 ， 记者与张国捷对谈一个多小时 ， 畅聊了生命的起源与未来 ， 揭开了那些重大基因工程项目的一角面纱 。
小蚂蚁的“大社会”
肩负种族繁衍大任的蚁后、扛起觅食筑巢重担的工蚁、成为保卫群体武器的兵蚁……看似低等昆虫的小蚂蚁却有着如此复杂的社会结构和明确的社会分工 ， 可见其智慧 。
亲缘关系是社会系统形成的基础 ， 不同于人类社会系统形成受到宗教、文化、法律等伦理的影响 ， 蚂蚁的社会系统是单纯生物、化学和物理反应过程调节的结果 。 科学家们敏锐地观察到这一点 ， 将其看作一个研究物种社会行为的动物模型 。
“我们希望通过对蚂蚁这种生物及其社会行为模式的研究 ， 能够进一步挖掘出影响生物寿命和社会行为的关键基因 ， 而这些结果将为理解人类的寿命和社会系统组织提供一些重要的线索与证据 。 ”张国捷说 。
蚂蚁社会分工的发育过程和多细胞有机体的细胞分化过程高度相似：胚胎干细胞可以分化成不同的细胞类型 ， 能分化出成体动物的所有组织和器官 。 其中 ， 有些细胞分化出负责繁殖的卵巢或者精巢 ， 也就是繁殖细胞 ， 那其他细胞就成为支撑这个肌体的体细胞 。 生殖细胞与体细胞皆源自同一受精卵 ， 但细胞分化后体细胞不负责繁殖 ， 由生殖细胞负责遗传个体基因 。
蚂蚁的社会系统就有点像这样的一个组织：蚁后是系统里的“生殖细胞” ， 而其他蚂蚁个体就是支撑系统运作的“体细胞” 。 所以 ， 科学家们也将蚂蚁叫做“超个体” 。
那么 ， 为什么有些个体它会定向发育成工蚁 ， 有些则发育成蚁后 ， 这其中的转变又是由哪些基因来调控的？
利用新一代测序技术 ， 张国捷和团队为弓背蚁和印度跳蚁两种蚂蚁建立了基因组图谱 。 他们发现在蚁群内部 ， 虽然不同蚂蚁的基因组DNA水平没有差异 ， 但许多基因在不同的工种间表达差异极大 。 也就是说 ， 不同工种蚂蚁的遗传信息在合成不同的功能性基因产物时 ， 会产生不同的结果 。
端粒酶是一种在染色体复制过程中 ， 维持被称为端粒的DNA-蛋白质复合体的长度的酶 ， 与个体衰老息息相关 。 端粒变短 ， 细胞就会老化；相反 ， 如果端粒酶活性很高 ， 端粒的长度就能得到保持 ， 细胞的老化就被延缓 。
以印度跳蚁为例 ， 某些工蚁的端粒酶表达水平与受精卵相似 ， 并且远高于普通工蚁 ， 而这种工蚁通常在特定条件下会变成蚁后 。 同时 ， 他们发现 ， 普通工蚁的端粒酶活性很低 ， 它们的寿命也往往很短 ， 可能只有几周的寿命 。 而可交配工蚁的端粒酶却非常高 ， 它们的寿命也相对较长 ， 可达到二十余年 。
“通过基因表达比较 ， 我们还发现 ， 这些差异表达的基因主要参与了神经功能及化学通讯功能 ， 例如：味觉受体、嗅觉受体以及与烃类代谢有关的基因等 。 ”张国捷补充道 ， “这就提示我们 ， 这类基因在蚂蚁社会分工及信息交流中具有一定作用 。 ”
张国捷教授（左一）与国外同事在观察鸟类标本
鸟类的“物种树”
生活在南极、憨态可掬的企鹅与栖息在美洲森林、娇小可人的蜂鸟是亲戚？“大长嘴”啄木鸟与“大圆脸”猫头鹰在过去是一家？
自1861年世界上第一块始祖鸟化石被发现以后 ， 鸟类的起源一直是科学家感兴趣的话题 。 这一切要源于约6600万年前 ， 地球上庞大动物类群恐龙覆灭之后 ， 幸存的鸟类经历了一次“大爆炸”式的物种演化 ， 在1000万年以内出现了1万多个物种 ， 形成现今鸟类的物种格局 。
推荐阅读
- 奥丁为什么无法阻止诸神的黄昏
- 3月12日，科学史上的3件大事件
- 地球上存在可使用62亿年的清洁能源，但开发极具难度，很多国家都做过尝试！
- 日本成功登陆52亿公里外的小行星，这一技术，比登月难度大吗？
- 神舟十三号4月中旬返回地球，王亚平大校4个历史时刻，将载入史册
- 寄生虫麻痹：对抗血吸虫病方法
- 巨型光圈现北京上空，悬浮十分钟后消失，网友：怕不是UFO吧？
- 不祥之兆？11月“血月”将再次出现，580年来最久，预示着什么？
- 耗资数十亿美元的SLS火箭将于离开总装大楼，进行发射前的最后测试