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新技术帮生物对抗臭氧层空洞

上:在模拟臭氧层空洞造成的紫外辐射增强的环境下,斑马鱼受精卵不能完成发育过程,在24小时左右发育开始被中止,细胞逐步死亡。
下:受到稀土磷酸钙壳(紫外下发绿光)的保护,斑马鱼受精卵能够在紫外线下完成全部发育过程,幼虫最后能破壳而出。
 
浙江大学紫金港校区的化学实验室,一项模拟臭氧层空洞下的斑马鱼发育实验正在进行:在对照实验中,暴露在紫外辐射下的斑马鱼卵弱不禁风,全部停止了发育并死亡;而“穿上”课题组研发的“防护服”的斑马鱼卵则茁壮成长,顺利地完成了全部发育过程。
 
教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、浙大化学系教授唐睿康课题组的这项最新研究,对保护地球上的生物如何面对臭氧空洞提供了一种策略。相关论文Guarding Embryo Development of Zebrafish by Shell Engineering: A Strategy to Shield Life from Ozone Depletion(《壳工程保护斑马鱼受精卵发育:一种臭氧稀薄环境下的生物防护策略》)四月份发表在《公共科学图书馆·综合》(PLoS ONE)杂志上。
 
众所周知,地球大气层中日益稀薄的臭氧层使地球表面的紫外线辐射强度明显增强,这对自然生态特别是生物的繁衍构成了严重威胁。对于体外发育的动物如鱼类,如果它们的受精卵受到了紫外线过度的辐射,特别容易造成DNA损伤并停止发育。科学家已经发现南极洲上空的臭氧空洞已经造成了该区域鱼类数量的急剧减少。
 
自然界给科学家带来了丰富的启示。海洋中有一种古老藻类,它的细胞外壁有一层矿物质,它们像一把把撑开的小伞,有效地阻挡了紫外线。“能不能帮细胞做一件人工外套呢?”唐睿康课题组一直从事生物矿化方面的研究,2008年他们研发了给酵母菌“穿衣服”的方法,穿上人工衣服后,酵母菌的寿命得到了延长。课题组运用相同的原理,给细胞找到了一件合适的抗紫外线“防护服”。
 
唐睿康介绍,斑马鱼是科学实验中常用的动物模型之一。经过一年多时间的研究,课题组为斑马鱼卵找到了一种基于稀土磷酸盐的生物兼容“外衣”,这种材料也是一种重要的节能灯粉,它吸收紫外线并转化为绿色荧光。把经过矿化功能强化处理后的斑马鱼卵放入到含有稀土元素的溶液中,20分钟左右鱼卵表面就自发形成一层毛茸茸外衣,“这件‘防护服’不但‘合身’,而且对细胞的毒性相对较低。”唐睿康介绍,“在达到抗紫外辐射目的同时,降低或者消除人工材料对细胞的负面影响,是这个实验的关键”。
 
课题组发现,通过材料功能化后,斑马鱼卵抵抗紫外线的能力得到了大幅度增强。课题组进一步设计了一个在模拟臭氧层空洞环境下的斑马鱼受精卵发育实验,裸露的鱼卵在24小时之内就停止发育并开始死亡,而“穿”着“防护服”的斑马鱼卵在紫外线环境下发出淡淡的绿光,在外壳的保护下,受精卵可以正常发育,而形成的幼鱼能够象小鸡一样破壳而出,幼鱼的形态也没有发生畸变。“这个实验表明,基于功能材料和细胞的复合可以简单而有效地实现生命单元的功能化,这也为生物体系抵御外界环境所引起的负面影响提供了新的策略。”唐睿康说。
 
    
 


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