@ 2014.03.17 , 11:11

理论上人类也能和萤火虫一样发光

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生物有着颇为壮观的多样性,人类目睹过更为复杂的生物特性时,往往惊叹:“生物怎能进化得如此复杂?”通过分子水平观察生物,研究人员发现答案极为平凡。

上周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章揭示了萤火虫发光的秘密。让萤火虫莹莹发光的荧光素酶被证实是基本脂肪代谢中普遍存在的酶类。研究人员在文中写道,在配置正确的化学环境中,参与合成脂肪的荧光素酶也能让果蝇细胞发光。但可惜的是,向黑腹果蝇喂食该种化合物却没有效果。

蛋白质是由氨基酸长链构成的巨大分子,长链可以由20种氨基酸中的任何类型组成,氨基酸顺序的细微差别决定了蛋白质的结构和功能。祖先相同的生物,蛋白质也具有相似的蛋白质序列——蛋白质表达所依靠的DNA也具有相似性。

所以一旦科学家克隆出负责合成萤火虫催化发光反应的基因,就能判断在昆虫基因组中是否存在近似基因。事实证明的确存在:脂酰辅酶A合成酶。这是一种重要的脂肪代谢酶,它可以作为中介,使细胞在增长的脂肪酸中加入更多的碳。而萤火虫的荧光素酶催化的反应与此极为类似,但是需要一种发出大量荧光的特种化合物共同参与反应。

但是将脂酰辅酶A合成酶和该种特殊化合物放在一起并无反应发生。问题来了:在最开始,产光化合物是如何被进化所选择的?如果反应不发光,也就没有选择的依据。

这份研究的作者,曼彻斯特大学医学院的研究人员解释说萤火虫的发光反应肯定起源于某种普通的不发光脂酰辅酶A合成酶。研究人员从黑腹果蝇身上提取了脂酰辅酶A合成酶,以测试类似化合物是否也能发光。结果发现黑腹果蝇体内的脂酰辅酶A合成酶能够让细胞产生一种暗淡的红光。如果科学家将蝇体内的脂酰辅酶A合成酶植入人体细胞,并给予和苍蝇体内相同的化学环境,人类也能发光

但是像活体苍蝇喂食化合物的实验却宣告失败。“理论上,果蝇体内存在的荧光素酶,也就是说对果蝇植入CycLuc2也能发出生物光,但是向果蝇喂食含有100 μM CycLuc2的食物却未能在果蝇身上观察到发光现象。”

研究显示萤火虫发光属于随机的小概率事件——刚好细胞中化学环境正确,同时遇到了发光所需要的酶类——才产生了足够自然选择的光亮,随着时间增长,化合物和酶类进化成更为特殊的化合物,能发出更亮更强的光芒。下次你在某个夏夜看到萤火虫,你就会知道,在那个小小的发光部分里,某种酶类正在合成脂肪。

本文译自 Arstechnica,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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