可怕的食物中毒是不会忘记的经历。普遍研究的微观线虫秀丽隐杆线虫不仅可以确保它记住,而且在基因上将有毒食物的威胁嵌入到它的孩子身上,迫使他们保持对有毒食物的警觉。如果这些蠕虫中不幸中毒死亡呢? RNA 中警告编码判断的可能会从它们分解的身体中泄漏出来,信息也能被其它成员发现。
可怕的食物中毒是不会忘记的经历。普遍研究的微观线虫秀丽隐杆线虫不仅可以确保它记住,而且在基因上将有毒食物的威胁嵌入到它的孩子身上,迫使他们保持对有毒食物的警觉。如果这些蠕虫中不幸中毒死亡呢? RNA 中警告编码判断的可能会从它们分解的身体中泄漏出来,信息也能被其它成员发现。
美国普林斯顿大学墨菲实验室的研究人员对线虫遗传行为进行的一系列研究发现了这种非凡的记忆转移方式。
由于产生新一代的生殖细胞和父母自己的身体细胞之间存在相当严格的屏障,人们一度认为影响父母生理的事件不会影响他们的后代。 但是随着研究的深入,人们发现在秀丽隐杆线虫等动物中发现的环境压力不仅改变了它们后代的基因启动方式,而且还改变了它们后代自己的孩子……等等,代代相传。原先的观点已经不复认同。
人们这不仅仅发现蠕虫的使这样。果蝇甚至小鼠后代的基因也可以通过父母环境中的情况进行调整,从而有效地改变后代的生物学功能。
去年,分子生物学家 Coleen Murphy 实验室的研究人员发表了他们关于秀丽隐杆线虫对消化铜绿假单胞菌的反应的发现,铜绿假单胞菌是一种吸引人的食物来源,但在线虫的消化系统中很快变得令人讨厌。研究小组发现,蠕虫通过肠道吸收有毒食物中的 RNA 链,其中包括一段称为 P11 的非编码 RNA。这种核酸与蠕虫基因组中的相应代码(一种在感官知觉中起作用称为 maco-1 的基因)结合中毒。结果,蠕虫在未来“学会”避开铜绿假单胞菌。令人惊讶的是,这种行为转变也影响了母蠕虫的后代,至少教导接下来的四代人也避免这种特殊的微生物膳食。
但是最新的实验表明,记忆严格来说并不是一个遗传家族中传递,有证据表明它可以在蠕虫之间传播。可悲的是,蠕虫必须先被分解成糊状。粉碎那条蠕虫,或者仅仅使用蠕虫游动的培养基,然后将这种培养基或粉碎的蠕虫裂解物放入没有这些记忆的蠕虫,这些蠕虫现在也要‘学习’避免病原体。 对无法学习这种回避技巧的线虫的调查表明,尽管 maco-1 在避免铜绿假单胞菌方面发挥了既定的作用,但仅凭基因的存在并不能解释为什么会遗传这种行为。
科学家发现一种叫做 Cer1 的逆转录转座子形成病毒样颗粒,它似乎不仅在组织之间(从蠕虫的生殖系到其神经元)而且在个体之间携带记忆,自然缺乏 Cer1 或被编辑掉的蠕虫,简直无法抗拒食用一口铜绿假单胞菌。 当然,这整个学习经历并非没有风险。逆转录转座子的转移也会造成伤害,因为它会将自身插入动物基因组的一部分,这表明它的成本必须有好处。
半个世纪前,当美国动物心理学家詹姆斯·V·麦康奈尔(James V. McConnell)因为扁虫可以通过食用其他食物来继承记忆,受过更多教育的扁虫的观点而声名鹊起时,暗示可以遗传改变行为的经历会令人惊讶地引起争议。 麦康奈尔关于代际之间这种知识的渗透性揭开了生物学史上的一章。 这在人类中是否可能发生的仍在探索中。
这项研究发表在《细胞》杂志上。