最近,各种外卖平台都失去了本菜哥的宠幸,因为做菜是在是太简单了。
是的,作为一只生物汪,被各种滴定、有机、分子实验操练过之后,发现菜谱上「炒至金黄」、「食用盐适量」这种低精度的操作要求实在是没有挑战。
做菜,简直就是一星难度的生物材料处理实验。
说到生物实验和做菜,你知道我们一直挂在嘴边的 DNA,最初被发现时,其实也用到了菜场买来的材料吗?
ps:务必看到文末,有计算一次身寸精 DNA 的神奇方法。
发现 DNA 双螺旋结构的科学家是著名的沃森和克里克。但有谁知道第一个成功提取出 DNA 的科学家是谁吗?
Friedrich Miescher
(13 August 1844 – 26 August 1895)
是的,就是上图这个大胡子。
这位科学家实验室里不但没有高端的仪器设备,他本人也没能因为发现 DNA 功成名就,走上人生的巅峰。
他就是生物学届比孟德尔还倒霉的弗雷德里希·米歇尔。
更让人意想不到的是,他成功提取到 DNA 的主要的原材料,是从医院顺来的沾满脓液的绷带,和在屠宰场里要来的猪肚。
1869 年,年轻的米歇尔当时的研究对象是白细胞,这种细胞里含有一个很大的细胞核。但是白细胞在血液中的含量很低。
为了收集足够多的白细胞,米歇尔盯上了医院。
当时正好是战争期间,医院里的伤员很多,因此米歇尔得以收集了大量沾满了脓液(主要成分是死亡的白细胞)的绷带。
为了得到细胞核,米歇尔还需要能把细胞核外的物质去掉。他从附近的屠宰厂搞到了猪肚,也就是猪的胃。
把猪胃翻过来刮刮刮,好好清洗,加点火锅底料一顿爆炒,一道美味的猪肚就做好了。
其实,猪胃里刮刮刮下来的粘液才是主角,把它们用酸液清洗,就得到了猪胃蛋白酶(胃里帮助消化食物的物质)。
米歇尔把从绷带上挂下的脓液用胃蛋白酶消化,成功分离得到了细胞核里的物质。
经过仔细测量其中的各种元素含量,可以发现这是一种全新的分子,当时他把这种分子命名为核素(nuclein),也就是我们现在熟知的脱氧核糖核酸(DNA)。
米歇尔的实验中,其实得到的是已经破碎的 DNA 片段。
而我们熟悉的染色体一般是长成这样的。
漫威的 X 战警也是套用了染色体的 X 形状,来代表这些是「基因突变」产生的超能者。
但其实,染色体只有在极少数时期才会复制、压缩成这种接近 X 的形状。大部分的时候,细胞核里的染色体并没有缠绕的这么紧密。
比如,菜哥在实验室自己提取出来的 DNA 大概是长这样的:
丝状的染色质
DNA 大部分时候就是这种黏糊糊的丝状物,能在细胞核里不打结,不缠住细胞里的其他东西,还能调控各种细胞的功能。
不得不说,生物进化真是很厉害。
既然 DNA 是细细长长的丝状物质,如果像蜘蛛丝一样织成网,是不是可以用它们来对付体内的微生物?
这还真不是异想天开。
作为保卫人体的战士之一,白细胞中的中性粒细胞,一般会通过吞噬作用把进入人体的微生物和致病原消化掉。
当吞噬作用进展不够有效的时候,中性粒细胞还会远程攻击,把细菌的「毒药」打包投送给它们。
上述手段都不起效果的时候,中性粒细胞会使出它们的终极手段——中性粒细胞胞外陷阱(Neutrophil Extracellular Traps,NETs,缩写为「网」)。
这个现象是 2004 年由 Brinkmann 等科学家们发现的。
在特定的情况下,中性粒细胞会毅然赴死,连同细胞内最重要的 DNA 一起,混合组蛋白等蛋白质,形成一个巨大的「天网」限制病原菌的活动,并对细菌进行杀灭。
所以去年大火的《工作细胞》中,男主的形象其实应该是蜘蛛侠更合适一点。
Ps:这个现象也是在形成脓液的时候发挥重要作用,看来「脓液」可真是研究 DNA 的好材料啊~
说到研究 DNA,其实现在我们对 DNA 的了解已经非常充分了。
如果小伙伴们想自己玩玩,甚至简单到在家里的厨房就能做到,毕竟我们身边有很多材料都很可以作为 DNA 提取的材料。
遗传物质在大部分生物的细胞里都存在,因此只要含有大量细胞的物质都可以用来提取。
比如香蕉、猕猴桃等,既有大量的细胞核,也很容易破碎的水果就是科普实验中常用的材料。
除了植物以外,鸟类的血细胞都是有细胞核,鱼的卵子、精巢也有大量的遗传物质,都是非常容易获取的 DNA 来源。
这时候可能有小伙伴要问,那我就想提人的 DNA,该怎么操作呢?
那最简单的,当然是口水啦~
作为口水厂的员工表示,这种取样的方式简单易行。缺点就是单位体积的口水,里面的细胞数量有点少,在家里做的话可能要集合众人的洪荒之力吐上半杯才行。
悄咪咪跟大家说,最好用的其实是男性的「精华」。取样过程同样无创无痛苦,DNA 的含量还爆表。
相信很多童鞋会好奇,米青液里的 DNA 会有多少?连起来能绕地球多少圈?
事实上,算起来非常简单,只需要调查几个数据,我们就能估算米青液里的 DNA 总长度了。
1. 一个精子有多少个 DNA 碱基?
2. 每个碱基之间的距离是多少?
3. 一次身寸精,大概能有多少精子?
这三个答案都不难找,分别是一个精子有 23 条染色体,总长度大概是 30 亿个碱基对;每个碱基对之间的平均距离是 0.34 纳米;以及一次身寸精平均 4000万~1.2 亿,为了方便我们用 1 亿计算。
那么,一次取样大概 DNA 的总长度为十万公里,大概可以足足绕地球两圈半~
所以,香飘飘奶茶,也就是我们一哆嗦的长度嘛!
看到这里的你,是不是也很想亲手试试提取 DNA 的乐趣呢?
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参考文献
1. Dahm, R. (2008). Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. Human genetics, 122(6), 565-581.
2. Brinkmann, V., Reichard, U., Goosmann, C., Fauler, B., Uhlemann, Y., Weiss, D. S., ... & Zychlinsky, A. (2004). Neutrophil extracellular traps kill bacteria. science, 303(5663), 1532-1535.
3. Brinkmann, V., & Zychlinsky, A. (2007). Beneficial suicide: why neutrophils die to make NETs. Nature Reviews Microbiology, 5(8), 577-582.
・男性死得早,是因为……短?
・口水 VS 精液,谁更容易发霉?
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