大图景:一只出生在太空的果蝇

这里似乎有点不对劲……
Deborah Kimbrell/UC Davis

这是一只在太空中饲养的果蝇。太空本身并没有直接导致它全身长满白色绒毛,但这是间接原因。白色物质是真菌,而这只果蝇之所以会长出它,是因为在太空中孵化并长到成年后,它未能像在地球上长大的健康果蝇那样抵抗真菌感染。

这张图片来自美国多家机构的生物学家团队的研究。对宇航员的观察在人体免疫细胞中进行的研究表明,太空会削弱免疫系统。这个美国团队想在细胞层面了解更多情况。他们的小小的太空飞行果蝇告诉他们,低重力会关闭果蝇免疫系统的一个重要组成部分——而这个组成部分在人类身上也有对应物。

他们的发现让他们开始思考为什么人类在太空待一段时间后免疫力也会受到影响。他们在今天发表在《PLOS ONE》杂志上的一篇论文中写道。他们进行的一项在超重力下进行的实验(通过地球实验室的离心机模拟)也表明,重力暴露可以防止太空引起的免疫效应。

太空中的果蝇和地球上的果蝇拥有相同的基因,但具体哪些基因被激活并开始工作,它们之间存在差异。

该团队乘坐发现号航天飞机将果蝇卵送往太空。(有趣的事实:这是首次以免疫学研究的名义将果蝇送往太空。)这些卵在太空中度过了12天,期间它们孵化、以幼虫形态爬行,并长成了成虫。然后它们返回地球,在那里,生物学家用两种病原体之一感染它们,一种是大肠杆菌,另一种是称为白僵菌的真菌。(我幸存了太空旅行,结果只得了真菌感染。)

太空中的果蝇的免疫系统能够抵抗大肠杆菌,但无法抵抗白僵菌。与此同时,在地球上饲养的类似对照组果蝇则能抵抗这两种感染。

为了弄清楚太空中的果蝇为何在真菌感染方面遇到麻烦,科学家们分析了所有果蝇的基因。太空中的果蝇和地球上的果蝇都拥有相同的基因,但具体哪些基因被激活并开始工作,它们之间存在差异。在地球上的果蝇中,在感染真菌后,与它们免疫系统相关的基因被高度激活。在其他基因中,地球上的果蝇激活了所谓的Toll信号通路,科学家们长期以来都知道果蝇利用它来对抗真菌。人类也拥有Toll样基因,它们在免疫方面也起作用。

太空中的果蝇与它们的“留守”同类反应不同。它们在接触白僵菌后也激活了一些免疫基因,所以并不是完全没有抵抗力。但是,它们没有使用所有地球上的果蝇使用的基因,也没有提高Toll信号通路的基因表达。在这篇论文中,生物学家称这些太空飞行的果蝇“严重免疫缺陷”。

奇怪的是,当生物学家使用离心机模拟高于地球重力的环境饲养果蝇时,它们比正常的地球果蝇更有可能在真菌感染中存活下来。

科学团队提出了一些假说,解释了为什么果蝇激活的基因会根据它们暴露的重力不同而改变。团队指出,这些假说是可以检验的,尽管他们在本文中没有进行检验。生物学家们写道,下一步应该是将果蝇送往国际空间站,让这些小生物在太空中停留更长时间。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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