2001/3/23

模式生物



(選修「現代生命科學」的南大同學:請再多查查其他的資料,不要光抄這一篇來當作你的報告)

作實驗當然要有材料。雖然世界上的生物種類繁多,但是實際上被學界主流用來作為研究對象的物種卻不多。大致說來,幾乎百分之八十以上在發育生物學,分子遺傳學,細胞生物學的研究成果,都是利用這十種左右不同的生物為材料進行實驗所得來。一般相信這些法則具有某種程度的共通性,在演化過程中被保留下來,所以當我們把這些生物現象的運作機制研究清楚之後,就能當作典範歸納出法則,套用到其他生物以及人類,進而應用在醫學上。這也是我們把這幾種生物稱為模式生物(model)的原因。

主流的模式生物包括:

酵母菌(Saccharomyces cerevisiaeSchizosaccharomyces pombe)

線蟲(Caenorhabditis elegans)
果蠅(Drosophila melanogaster)
斑馬魚(Denio rerio)

小鼠(Mus musculus)

擬南芥(Arabidopsis thaliana)


應用於這六種模式生物的遺傳學技術與細胞分子生物技術都已臻於完備,所以是最為普遍的模式生物。其他還有早期用來作為遺傳學研究的大腸菌(Escherichia coli)與玉米(Zea maize),研究生物週期的重要工具紅黴菌(Neurospora crassa);細胞生物學與發育生物學常用的爪蟾(Xenopus laevis)與雞胚;對基因表現與RNA研究有不小貢獻的纖毛蟲四膜蟲 (Tetrahymena thermophila),以及對於鞭毛纖毛結構功能的了解有不可或缺地位的單胞藻衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)。

這些生物因為具備了幾項條件而受到研究者的青睞:首先,這些生物都是體積不大,易於繁殖,所以有利於在實驗室中培養保存與操作。(試想:如果要在實驗室中養一群大象來作研究,會是何等壯觀的場面!)其次,模式生物都有一些其他生物所不能媲美的特質,例如:酵母菌是單細胞的真核生物,組成不複雜,基因體的規模也很小,有利於把十分複雜的生命現象化約到可供進行實驗操控的研究。此外,分子遺傳學家也找到許多可供篩選或鑑識的基因產物標記(marker),所以要進行各種實驗都十分方便。至於線蟲細胞發育的過程與每個細胞的命運已經久為人知,所以是研究發育生物學的一項利器。果蠅更是傳統遺傳學使用的材料,而且果蠅的性狀特徵繁多,有許多突變種,從型態上的複眼顏色到行為上的趨光反應都能觀察與篩選,不論是研究基因調控或體制形成(pattern formation),或是學習行為與趨化反應的分子基礎,都能以果蠅為對象。擬南芥被譽之為”植物的果蠅”,是研究植物發育遺傳與生裡的好材料;老鼠就更不必提了,這是最類似人類的模式生物,長得快又生得多,也有許許多多不同的突變品系,但是因為老鼠已演化到十分高階的複雜度,實驗技術操縱就複雜困難多了,因此有人倡議用斑馬魚來彌補小鼠的缺陷, 因為斑馬魚體積更小子代更多生活週期更短,且同為脊椎動物,對於研究所得的結果更有機會可以類推適用於人類醫學上。

其實模式生物的選定除了經過前人有目的的選擇倡議之外,更有一種自發的正向回饋機轉。當某種模式生物研究的人愈多,發展出適合該生物特性的種種實驗方法與工具就愈多,就更有利於研究探索出新知識,然後吸引更多人利用該模式生物來探討種種生命現象,如此循環最後便造成幾種生物一枝獨秀,寡占大多數研究人員的關愛眼神。

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