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马达加斯加的变色龙里,有的能改变颜色

编辑:求医网      来源:求医网      生物   发育   科学   科研   进化

2023-08-18 05:04:37 

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“缓步动物只能在显微镜下才能看到。放在沸水中煮,它不会死;放在液氮中冷冻,它也不会冻死。它的结构和生理特征是很奇怪,如果我们研究清楚它的结构组成和特点,我们的建筑和士兵的防护服可能会发生革命性的变化……”

“在马达加斯加的变色龙中,有的可以改变颜色,有的可以改变形状。当一只大型变色龙落在枯叶或树干上时求医网报道,它的立体手突然变得又扁又细。如果你不仔细看,很难区分,如果你研究清楚的话,不是也很有意义吗?

孟安明:第十一届、第十二届、第十三届全国政协委员,九三学社中央委员,北京市委副主席。 发育生物学家、中国科学院院士、清华大学教授。

住在清华大学医学楼一楼狭小的办公室里,孟安明愉快地讲述着他所知道的自然世界的神奇和广阔——

“盖房子是有蓝图的,很多工人需要按照蓝图来建造,生物学上不需要。就像我们研究的胚胎一样,当他们的神经系统和血液系统还没有出现的时候,他们就知道一步一步来,怎么走。”

无论是文中看到的缓步动物,还是他见过的“伪装大师”变色龙,还是他经常研究的生物胚胎,它们都遵循着一套看不见的自然程序,独立组装出完整的身体。 生命形式。

人类科技发展到今天,制造宇宙飞船、汽车已经成为可能,但却无法组装出活的有机体,这足以证明生物学的复杂性。 而这也让孟安明这个研究了大半辈子的发育生物学家常常生出新的困惑:

“我们人类一直强调清洁的环境和安全的食物。但是看看苍蝇,它的生存环境有多脏,它如何保证不被那些病毒和细菌感染,它们是如何进化的?发生了什么变化?我们和哪里不一样?如果这些机制弄清楚了,对于我们防御和抵抗病毒会有很大的参考意义。”

当话题从遥远回到现在,我开始渐渐明白眼前的生物学家在纳米尺度分子和厘米尺度的研究课题上,是如何将头顶的星空、脚下的麦田置于眼前的。个人。

相信并选择,你最终会创造自己

平头,圆脸,个子不高,四肢有力,声音又快又响亮。 四川街头,这样一位50多岁、体态特征鲜明的四川男性满街走来。

离开四川大竹家乡已经37年了。 此时,孟安明回到了四川。 有着相似的身体特征,他很容易融入其中。

但用不了多久他就会再次被认出。

在百度百科上搜索“大朱”一词,孟安明的名字就被列入了当地“名人”一栏。 与他同名的十几人中,有著名禅师、清朝知府、抗日英雄、将军、画家、诗人。 ,还有比他年轻很多的流行音乐创作者和青年作家。

发育生物学家的工作本质往往并不像标题那样优雅。

孟安明的鱼房是一个一百多平方米的大房间,里面规则地排列着数千个水族箱和饲养箱,三万多条不同生长阶段的斑马鱼在里面游动。

这种全身像斑马一样有深蓝色竖条纹的热带鱼性情温和,与人类基因相似度高达87%。 它是孟安明的实验模式生物。

选择斑马鱼作为模式生物,是因为这种3-5厘米长的脊椎动物拥有许多与人类相似的基因和发育机制,而且其早期胚胎是透明的,在体外生长,方便观察。

目前,我国已有250多个实验室利用斑马鱼开展相关科学研究。 国内第一个以斑马鱼为模型动物的发育生物学实验室是孟安明在清华大学白手起家建立的。

孟安明的科学研究一开始并不是为了开发生物。 本科学习农学,毕业后在中国水稻研究所从事水稻育种工作。 后来我去英国读博士,做鸟类分子遗传学。 回国做博士后后,原本打算研究野生动物,但由于现实的限制,我转向了家禽和牲畜。 博士后孟安明在中国农业大学有一个实验室,带领几个硕士生做自己感兴趣的科研,经费不算太多,但也够用。

这种小财易得的日子,竟然被一封来自美国的信打破了。

1995年的一天,一位名叫林硕的男子从美国寄来一封信,问他:“你是在中国水稻研究所工作的孟安明吗?如果是,请告诉我电话号码。”

这位林硕原是中国农业科学院茶叶研究所的研究生,在中国水稻研究所工作时,在杭州和四川老乡玩耍时认识了孟安明。 从那以后,林硕每天都给孟安明打电话。 原来,他正在美国一所大学设立实验室,打算利用斑马鱼做相关研究。 从他的描述中,孟安明开始知道什么是斑马鱼,什么是发育生物学,以及与斑马鱼一起研究是多么有趣。 他极力邀请孟安明帮忙。

孟安明疑惑地问他:“要​​多久?”

“至少三年。”

“三年不可能,那我这里的实验室呢?三个月可以保证。”

“那你先来吧。”

就这样,孟安明去了美国。

当时在农业大学,孟安明的研究方向是母鸡产蛋性能的分子标记筛选。 然而,机械化养鸡场并不容易进入。 很难进去,只是快速浏览了一下。 这些数据是由其他人收集和提供的,例如某只鸡下了多少个蛋以及每个蛋的重量。 。

“其实我很担心这些数据,不知道是不是真的一一权衡过。” 这样做了几年,并没有什么重要的发现。

研究斑马鱼后,孟安明爱上了斑马鱼和发育生物学,于是他边干边学,开始研究胚胎发育相关的分子机制。 他在美国呆了两年半。 回国后,他进入清华大学生物系继续进行斑马鱼胚胎发育研究。

回顾几十年的科研历程,当这些所谓的机缘、巧合或者被动的现实摆在自己面前时,孟安明的选择就像是生命本身的进化,适者生存、优胜劣汰。

生物游戏

“这么小的细胞里,里面有蛋白质、脂质、糖类,我们觉得太拥挤了。它是如何有序储存这些东西,然后按需高效使用的呢?”

博弈论作为数学的一个分支,最初是用来分析输家输给赢家的零和博弈。 它是由喜欢玩扑克的数学家冯诺依曼发明的,主要用于量化不同选择的效果。 优点和缺点。

50年后,这一理论开始进入生物学领域,并应用于物种间的生存竞争。

当人们开始意识到动物和人类一样,可以从多种不同的策略中进行选择时,一些科学家也意识到,既然动物可以用先天行为来玩游戏,那么博弈论也可以扩展到生物分子。

在孟安明眼中,新冠病毒的肆虐就像生物一样遵循自然规律:“生物的东西在玩游戏,病毒要想生存,就得进化,找到可以生存的环境,看看能不能生存。”一次性全部生存下来。” 放大看看。”

并不是没有办法应对。 “比如蝙蝠携带冠状病毒,但它们不会生病,这意味着蝙蝠有办法对付病毒,我们用这个方法能成功吗?”

仿生学相关的技术应用在人类食、住、行方面的例子也不少。 “你看天上的飞机,它利用了蜻蜓的翼痣,让飞机的翅膀变得更加坚固。隐形飞机模仿了飞蛾的形状;还有一艘潜艇,模仿了海豚升起和下沉的原理。” ……”

“当我们了解其他生物如何生存和保护自己时,同为生物的人类也可以借鉴这些智慧和知识。”

发育生物学研究技术_发育生物学的研究技术_发育生物学研究方向

基因编辑这一革命性技术是当今生命技术的重大技术进步。 自2012年第三代基因编辑技术——Cas9发明以来,已广泛应用于全球分子生物学实验室。

“在这项技术出现之前,没有人能够找到一种方法来精确有效地修改任何生物体的基因,没有什么好的办法。——Cas9技术一出现,立即得到了广泛的应用。”

孟安明在运动方面也坚持进化论。 他有长期锻炼身体的习惯,每天坚持行走2万多步。 “现在有一个误区:心跳次数是固定的,因为运动多了,心脏跳动次数过多,导致寿命变短。事实上并非如此。”

要知道他所熟悉的科学家中,也不乏一些不爱动的代表,但孟安明也对他们所推崇的生命在于静止的观点感到“反感”:

“人体各种组织器官都具有自我损伤修复和细胞更新的能力。我们体内都有一些干细胞,它们会进入人体的很多组织。比如心脏替代了1%的细胞。”每年都有心肌细胞。如果说经常运动的人可以替代2%,那么经常运动的人每年都会有2%的新心肌细胞,而不运动的人只有1%。”

科学家的细致还体现在对细节的考虑上。 “比如走路太多,膝盖疼,没关系。开始的时候,应该逐渐锻炼膝关节周围的肌肉,当肌肉分担膝盖的压力时,疼痛问题就可以得到缓解。”减轻了。”

生命的复杂性和奇妙仅靠博弈论无法完全解释,但探索生命本身奥秘的过程却充满了人类的进化哲学。 正如孟安明一再强调的:人类与其他动物的根本区别在于认知能力的强弱。

在一条链子里

光刻机这个与高新技术产业密切相关的网络热词也引起了孟安明的关注。

“我们现在需要解决光刻技术的问题发育生物学研究技术,需要投入大量的资金,最终光刻机能够赶上别人的水平,我们能不能换材料?未来我们不需要“硅胶做芯片,但现在没有石墨。石墨烯?石墨烯是最好的吗?不一定,可能还有更好的材料。”

一直被炒得沸沸扬扬的“卡脖子”问题,在孟安明的一系列假设中似乎不再“卡住”了。 他从科学的角度出发,提出了解决问题的另一种思维方式,同时他也对目前可能蔓延的“实用主义”持警惕态度。

“现在真正‘卡’的是我们的科研能力。” 在论证能力建设的重要性时,孟安明举了这次举全国之力抗击新冠病毒的例子:“如果不是过去十年对科技的巨大影响,可能会困难得多这次抗击新冠病毒。现在不仅大公司可以做核酸检测,小公司也可以做,只是里面可能有不同的花样。”

“再比如,不同病毒的不同蛋白质可以制造抗体,甚至可以用核酸来制造抗体,可以制造抗体的单位有很多,如果还是SARS的水​​平,那就很了不起了。”对于没有基本困难的实验室来说是困难的。”

目前科学研究主要强调满足国家需求。 “问题是,我们国家的需求是什么?和市场的需求一样吗?” 孟安明一步步推理分析。 现在,一个新发现或一项新发明可能会立即产生新的需求。 而这种新颖性来自于基础研究引发的重大突破。

“基础研究的突破往往是出乎意料的,这个时候我们可能不知道它是什么,但这并不影响我们寻找它、发现它。” 在全国政协任职的10多年里,他不止一次阐述过这一观点。

正如生物进化受到周围环境的影响一样,孟安明也非常关心新冠病毒对经济的影响,进而担心科研经费是否会受到影响。 毕竟,支持科学研究既是眼前的,也是长期的。

仿佛在某个链条上,孟安明努力承担起接班人的角色。 对于那些进入自己实验室的博士、博士后来说,“带他们进入科学研究的殿堂,比如如何处理一个数据?我们要展示一个结果,基本方法是什么?引用一些别人的数据,你应该注意什么?”

一个优秀的加工商应该想办法保证“最终产品”的质量。 “当学生离开我的实验室时,他们需要知道科学研究是一个什么样的概念,要有发现问题、分析问题、解决问题的能力。有了这个能力,以后无论做什么,都会有同样的人。”经过良好的研究训练就不同了。”

从某种意义上来说,这也是一种进化。

记者:韩雪

通讯员:程肯(九三学社北京市委宣传研究部)

视频:程肯

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