72小时——3天,是一个人的梦想。美国伟大的盲人妇女海伦·凯勒,渴望拥有3天的光明,用来看看她的朋友、回访生活过的环境和寻找新的喜悦。3天,也是一个人的壮举。美国退休隐居的富翁霍华德·休斯用不服老的精神,在1938年用3天多的时间乘坐飞机环绕地球一圈。3天,只不过是人一生的几千分之一,却是一条秀丽线虫服务于科学的一生。
2002年10月7日,瑞典卡罗林斯卡医学院把2002年诺贝尔生理学或医学奖,授予来自英国的布伦纳和美国的霍维茨和萨尔斯顿,以表彰他们在发现器官发育和细胞死亡过程中基因变化规律的贡献。
他们所研究的对象就是秀丽广杆线虫(Caenorhabditiselegans,简称“秀丽线虫”)。布伦纳首先把秀丽线虫作为一个生物研究材料,发现了秀丽线虫的遗传突变体;萨尔斯顿在此基础发现了线虫细胞的凋亡过程,测定了线虫的细胞谱系;霍维茨则发现秀丽线虫中控制细胞死亡的主要基因,并证实了人体内也存在相应的基因。
科学家借助相对简单的生物也就是模式生物,来研究复杂生物的生长发育规律。模式生物具有的特点是:生理特征明显并能代表生物界的某一大类群;易于饲养、繁殖;易于进行遗传学分析。在秀丽线虫之前,著名的模式生物有酵母、海胆、果蝇等。
现在看来,秀丽线虫成为模式生物有某种必然性。一是因为秀丽线虫长不过1mm,在显微镜下通体透明,十分容易观察;二是线虫的细胞较少,能够数得清分得明,它的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞,常见的雌雄同体成虫成熟后只有959个体细胞和2000个生殖细胞;三是线虫的寿命很短且可冷冻储存,从生到死只有3天半的时间,其演变过程能够被不间断地跟踪观察。可是,多少年来,生活在土壤中、以细菌为食的秀丽线虫与人类似乎也没有什么牵连,更别说进入到科学家的视野之中了。当1965年布伦纳选择秀丽线虫作为研究对象时,他是冒着巨大的风险的,那时候许多生物学家因为不知道线虫究竟有多大研究价值,甚至嘲笑布伦纳。
通过对秀丽线虫死亡过程的研究,科学家发现了细胞的“程序性死亡”或称“凋亡”机制,即生物体发育成熟后,生物体中老细胞的死亡有如程序控制的自杀行为,死亡细胞被清除后立即产生新的细胞,死亡细胞与新生细胞保持动态平衡。如果老细胞没死,可能会导致细胞过度增长形成病变;如果老细胞过多死亡,可能会破坏生物体的抗病能力。
通过培养条件的改善,秀丽线虫的寿命也可以大大提高,有的甚至可以活上3周。这和人类寿命延长的方式也是相似的。