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老鼠的儿子为什么会打洞?

老鼠

  8年前,吉士韦伯(Jesse Webber)开始在哈佛大学的霍匹福斯查(Hopi Hoekstra)实验室做本科生科研训练,研究课题为“基因与行为”,从此他开始了挖土养鼠的生活。实验最早其实只是在福斯查的车库里进行的,他们将成吨的泥土装在三合板制成的巨大沙箱里,然后把耗子扔进去挖洞,并观察这些洞的走向。

  被扔进沙箱的是两种白足鼠属的小老鼠:拉布拉多白足鼠(Peromyscus maniculatus)和灰背鹿鼠(Peromyscus polionotus)。虽然这两种白足鼠的外观在一般人眼里没什么区别,甚至可以杂交产生可育后代,但是它们在行为上却有巨大的区别:例如拉布拉多白足鼠通常都很“滥情”,每窝幼鼠会有好几个“父亲”;而灰背鹿鼠则十分专一,严格地执行着一夫一妻制度。

实验中用到的两种白足鼠:左边的是拉布拉多白足鼠,右边的是灰背鹿鼠

本实验中用到的两种白足鼠:左边的是拉布拉多白足鼠,右边的是灰背鹿鼠。

  韦伯和福斯查这次关心的是这两种白足鼠之间另一方面的差别:它们挖的洞不一样。灰背鹿鼠挖的“家”堪称鼠中豪宅:它有着一条长长的“走廊”,“卧室”位于洞的最下方,而在“卧室”的另一端还会有一条几乎打通到地面的通道,以备随时逃跑。而拉布拉多白足鼠的“家”则显得十分简陋,“走廊”很短,也没有逃生口。

  韦伯和福斯查让这两种白足鼠交配,以得到杂交子鼠——这是遗传学研究的基本方法,相信有生物学基础的读者朋友们已经迫不及待地想知道杂交小鼠会挖出怎么样的洞了吧?长走廊、有逃生口的洞穴获胜了——所有杂交子一代的小白足鼠都挖出了和灰背鹿鼠一样的洞穴,这说明这样的“性状”是显性的!接下来,他们将白足鼠的杂交子一代与亲本之一的拉布拉多白足鼠进行杂交(遗传学上这种杂交叫做测交),小老鼠们挖出的洞的形态发生了分离——这并不奇怪,令人惊讶的是分离结果异常简单,似乎就只有“长走廊”和“逃生口”两组相对性状在来回组合。这或许说明,指导白足鼠挖洞行为的基因并不像人们想象得那么多。

白足鼠挖洞的遗传学分析

白足鼠挖洞的遗传学分析。

  后续的DNA测序表明,影响巢穴入口走廊长度的基因差异涉及染色体上的三个区段,而影响逃生通道有无的基因差异则只涉及一个区段。这些区段位于完全不同的染色体上——在杂交实验中我们也可以看到相对应的性状是可以完全分离的。这或许说明生物的演化也是模块化的:一类老鼠或许不需要从头进化出一套控制挖洞的基因,而只需要把一些分别进化出来的“挖洞功能模块”组合起来,就可能挖出独特的洞穴。

  福斯查教授的下一步打算是把灰背鹿鼠的基因转移到拉布拉多白足鼠的体内,希望能够得到一些行为比较像灰背鹿鼠的转基因拉布拉多白足鼠,或者至少让它们挖出比较复杂的洞穴。

老鼠洞

老鼠洞

  福斯查教授表示,要问到具体是什么样的机理导致了老鼠打洞行为的改变,还是一个复杂的问题。虽然基因影响动物行为的现象也曾在很多动物身上发现过,诸如扁虫的觅食方式、鱼类的群居或独居、蚁群中是否可以存在多蚁后等等,甚至果蝇的“同性恋”行为也是由少数基因所决定的。但是还要考虑到,白足鼠具体挖什么样形状的洞实际上是一连串更为简单的行为的组合。正如她的另一项研究结果所显示的,老鼠打洞的行为就好像是上瘾一样——只要把它们扔进装满土的箱子里,就会开始挖啊挖,乐此不疲。

  或许目前我们所了解的还没有办法彻底全面地解释“我们的基因如何起作用”这个大而复杂的问题,但是随着越来越多这样的基因被发现,这个答案一定会距离我们越来越近。

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