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主任:中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心
(圖片|作者拍攝)
生活中經(jīng)常聽到小朋友們自助是魚。感慨“只有7秒的記憶,令人感慨”的事情。(威廉莎士比亞,哈姆雷特,哈姆雷特)但是魚的記憶真的只有7秒嗎?
魚寶寶們說:這鍋,我們不背!
魚的記憶其實很長
除了說我國只有7秒的魚類記憶外,國外也有“第三次記憶Fish”的說法。那么魚類的記憶到底有多少呢?
早在1965年,來自美國的科學(xué)家就研究了金魚的記憶。研究人員首先從魚缸的一端發(fā)射一道光,然后就在這一端對金魚進行電刺激。
反復(fù)訓(xùn)練了這么多次,很快金魚想起了“光-電沖擊”的刺激周期。再次發(fā)光后,金魚會迅速逃到魚缸的另一邊。研究人員發(fā)現(xiàn)金魚可以在一個月內(nèi)記住“光-回避”的行為模式。
除金魚外,研究人員還通過“光-食物”的刺激方式,在模式生物斑馬魚中發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。不僅如此,后續(xù)科學(xué)家還觀察到,飼養(yǎng)的魚對食物刺激可以保持?jǐn)?shù)年的記憶。
事實上,如果在生活中仔細(xì)觀察景區(qū)池塘里的觀賞魚,當(dāng)有人靠近的時候,就會迅速游過來吐泡沫,想要得到食物,這也是對食物有刺激的記憶。(莎士比亞。)(莎士比亞。)
魚的記憶不僅會遺傳給路,還會遺傳給下一代
最近發(fā)表在《自然—通訊》上的研究成果顛覆了人們的認(rèn)識。新西蘭Otago大學(xué)的科學(xué)家們通過對JEBRA FISH的研究發(fā)現(xiàn),JEBRA FISH的表觀記憶可以通過保存DNA甲基化的方式繼續(xù)遺傳給后代。簡單地說,魚的記憶可以遺傳到下一代,甚至下一代。(阿爾伯特愛因斯坦)(美國電視劇)。
(圖片|作者拍攝)
之前的研究表明,除了“基因”遺傳因素調(diào)節(jié)我們的記憶外,表觀遺傳學(xué)與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)。表觀遺傳學(xué)是指在不變的遺傳物質(zhì)DNA條件下發(fā)生遺傳性化學(xué)修飾。其中主要包括DNA甲基化修飾、粗蛋白質(zhì)修飾等,如果這些修飾發(fā)生在配偶身上,就會遺傳給后代。
后代獲得的表觀遺傳學(xué)修飾(DNA甲基化修飾、粗蛋白質(zhì)修飾等)往往會對親本(或幾代前祖先)經(jīng)歷的事件(刺激)做出反應(yīng)。這也稱為表觀遺傳學(xué)記憶。
具體來說,后代可以對親本發(fā)生的、自己沒有經(jīng)歷過的事件表示記憶,并做出“代際”反應(yīng)。例如,2016年,來自特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),遭受饑餓的線蟲將通過smallRNA傳遞饑餓的“記憶”的方式傳給后代。研究人員發(fā)現(xiàn),盡管后代線蟲沒有受到“饑餓”,但它們可以提前準(zhǔn)備饑餓。這些記憶大多是對親代環(huán)境條件,特別是不利環(huán)境因素的表觀遺傳學(xué)修飾,有助于后代更好地生存。
記憶遺傳給后代。斑馬魚怎么辦?
表觀修飾最重要的方法之一,DNA甲基化是指在不改變DNA序列的情況下,通過特定酶(DNA甲基轉(zhuǎn)移酶)的修飾,將甲基基團與DNA的核苷酸(如胞嘧啶的第五位碳原子)結(jié)合在一起,改變DNA的形態(tài),抑制DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中大溝和蛋白質(zhì)的相互作用。由于在控制基因表達(dá)等方面發(fā)揮重要作用,DNA甲基化修飾也被稱為DNA天書的“腳注”。
此前,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),哺乳動物(包括人類)中這種DNA甲基化修飾不會穩(wěn)定遺傳給下一代,受精后會出現(xiàn)大規(guī)模的“甲基化刪除現(xiàn)象”。
源Veer內(nèi)容庫
與精子和卵細(xì)胞的甲基化水平相比,胚胎中DNA的甲基化水平大大降低,從而出現(xiàn)全基因組大規(guī)模DNA甲基化清除。在子代的后續(xù)發(fā)育過程中,隨著環(huán)境條件的變化,DNA甲基化水平再次提高,出現(xiàn)了“(親本)DNA甲基化刪除——(子代)DNA甲基化重建”的過程。
在最近對斑馬魚的這項研究中,研究人員通過低范圍全基因組亞硫酸鹽測序分析了斑馬魚系統(tǒng)發(fā)育過程中的DNA甲基化水平,結(jié)果表明,在種系發(fā)育過程中,斑馬魚不會像哺乳動物一樣經(jīng)歷整個基因組的DNA甲基化刪除。斑馬魚的DNA甲基化事件可能會遺傳到下一代,甚至下一代。
換句話說,在魚上
類(至少是斑馬魚)中,似乎可以通過傳遞DNA甲基化來把記憶傳遞給后代,這可能能夠幫助斑馬魚更好的適應(yīng)環(huán)境的變化。所以,以后可別再說魚的記憶只有7秒了,你看到的魚,可能還殘留著史前的記憶呢!
參考文獻:
1. Oscar Ortega-Recalde, Robert C. Day, Neil J. Gemmell, Timothy A. Hore. Zebrafish preserve global germline DNA methylation while sex-linked rDNA is amplified and demethylated during feminisation. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI:
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3. Houri-Ze'evi, L., Korem, Y., Sheftel, H., Faigenbloom, L., Toker, I. A., Dagan, Y., ... & Rechavi, O. (2016). A tunable mechanism determines the duration of the transgenerational small RNA inheritance in C. elegans. Cell, 165(1), 88-99.
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