【科普课堂】果蝇 ——太空探索的先驱和宠儿
以下文章来源于脑与认知科学国家重点实验室 ，作者脑认知国重
围绕“意识的神经基础”、“认知的基本单元”、“学习和决择”等重大科学问题开展研究，并在认知的分子神经机制及认知障碍领域取得卓越的进展。
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水果上逗留的小昆虫
你知道吗，那些夏天在水果上逗留的小昆虫—果蝇，是深受生物学家青睐的研究对象。一百多年前，一只由正常红眼突变为白眼的果蝇将它宝贵的白眼基因传递下去，帮助托马斯•摩尔根证实了基因在染色体上的理论，奠定了现代遗传学基础，是最重要的里程碑式的生物学发现之一。摩尔根因此及相关研究贡献获得1933年诺贝尔生理医学或医学奖[1]。
近年研究发现已知的75%人类致病基因与果蝇基因同源[2]。相较于其他模式生物，果蝇具有易于培养、繁殖周期短、染色体数量少、遗传工具多样等优点，一直被应用于多方面研究。迄今为止，果蝇已助力科学家在发育、免疫、神经、生物节律等领域获得至少六次诺贝尔奖[1]。对果蝇的研究显著提升了我们对自然规律、人类自身的认知。
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“地球是人类的摇篮，但是人类不可能永远活在摇篮里。”
—齐奥尔科夫斯基
太空探索的先驱
特别值得一提的是果蝇还是太空探索的先驱和宠儿。人类很早就对地外空间有强烈兴趣，随着科技的发展，人类对进军宇宙的愿望日渐强烈。无数的科幻作品描绘未来人类定居宇宙的种种美好愿景。然而，这些愿望的实现源于我们充分了解太空残酷环境及其对人类等地球生物的作用和影响，并且采取有效措施，解决我们在太空中生存所面临各种难题。
在我们迈出重要一步之前，一些小动物就被送入太空，替人类感受空间环境并研究它们所受的影响。果蝇可是最早期进入太空的动物呢，1947年2月20日，果蝇搭乘美国人缴获的德国纳粹V-2火箭登上了临界太空、返回并存活下来[3]。我们国家也非常重视空间探索的研究，1964年7月19日在安徽广德县发射了中国第一枚生物探空火箭，成功搭载果蝇和大鼠、小鼠等生物，迈出了我国空间生命科学研究的第一步。
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太空探索的宠儿
果蝇以其独特的优势成为了各国火箭、飞船、卫星和空间站等搭乘的常客，为系统研究空间生存保障、空间环境生物学效应等做出了突出贡献。近地太空环境主要存在宇宙辐射和微重力，很可能会造成生物基因突变、影响生育繁殖和引起多种器官生理变化。经历太空旅行的果蝇出现发育延迟、早衰和寿短等现象[5，6]; 一些基因容易发生突变[7]; 一系列细胞骨架蛋白、膜蛋白、代谢相关基因表达都发生变化[8]。另外，果蝇免疫力下降，更容易感染病菌[9]。最近的研究报道称太空中微重力环境引起果蝇基因表达和蛋白组变化，导致果蝇心肌结构的改变和心脏功能的异常，如泵送血液能力下降等[10]，从而提示航天员长期太空旅行心脏功能可能受到的影响。以太空果蝇作为模型的研究可以有助于我们创造出空间保护心脏的干预措施，并帮助找到地球上人类心血管疾病的治疗方法。
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太空探索计划正以前所未有的速度向前发展，探月和火星探测工程逐步推进，走向深空的人类将面临又一挑战—亚磁场（低磁场）环境。月球和火星上的磁场只有地磁场的几百到几千分之一，而众所周知许多生物都能感受和响应磁场，必然受到严重影响。这迫使我们不得不考虑空间微重力、宇宙辐射、亚磁环境对人类生命和健康的综合作用问题。上个世纪末我国就开展屏蔽式亚磁空间生物效应的研究：持续暴露于亚磁环境中可以导致雏鸡和果蝇的学习和记忆功能明显受损[11，12]。在多次利用飞船和返回式卫星搭载果蝇研究辐射和微重力生物效应的基础上，果蝇会再次踏上征程用于空间复合效应的研究。小小的果蝇，将协助我们攻克难关，再建新功！
了解更多果蝇小知识：
https://www.nobelprize.org/
Reiter,L. and Bier, E.(2002). "Using Drosophila melanogaster to uncover human disease genefunction and potential drug target proteins." Expert Opin TherTargets. 6(3):387-99
http://mlpence.com/customers/nasa_lm/site1/flight.hist.html
Vernós, I., et al. (1989). "Microgravityeffects on the oogenesis and development of embryos of Drosophila." Int J Dev Biol. 33(2):213-26.
Marco, R.,et al. (1992)."Microgravity effects on Drosophila melanogaster development andaging." Adv Space Res. 12(1):157-66
Ikenaga, M., et al. (1997). "Mutations induced in Drosophila during space flight."Biol Sci Space. 11(4):346-50
Herranz, R., (2010). "Spaceflight-relatedsuboptimal conditions can accentuate the altered
gravity response of Drosophilatranscriptome." Mol Ecol. 19(19):4255-64
Taylor,K.,et al. (2014). "Toll Mediated Infection Response Is Altered by Gravityand Spaceflight in Drosophila." PLoS One. 9(1):e86485
Walls,Stanley.,（2020）"ProlongedExposure to Microgravity Reduces Cardiac Contractility and Initiates Remodelingin Drosophila." Cell Rep. 33(10):10844
王学斌等（2005）“亚磁空间对日龄雏鸡长时记忆影响的神经元形态学基础”《中国空间科学学会第16届空间生命学术研讨会论文摘要集2005年》
Zhang, B., et al. (2004). "Exposure to hypomagnetic field space formultiple generations causes amnesia in Drosophila melanogaster." NeurosciLett 371(2-3): 190-195
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撰稿：李常青
配图：李常青 邓诗雨 版面：晓舟
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