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科學人／從迷因生物變成模式生物…地表最強生物「水熊蟲」為何成科學家新寵？

圖／iNaturalist Mexico © Antonio Moreno Talamantes

你或許在網路上看過牠們的迷因：體型嬌小肥胖、又有超乎尋常的生存能力。這種緩步動物（tardigrade），俗稱「水熊蟲」，牠們能在各種極端環境下存活，無論是：接近絕對零度到超過沸點的高溫、太空的真空中、甚至在模擬隕石撞擊的實驗中都能安然無恙。但如今這種超強生存技能已非牠們唯一的研究價值。如今，科學家希望將這些迷因生物，打造成神經科學中的模式生物。

今年6月，世界各地的緩步動物研究者齊聚日本鶴岡，參加第16屆「國際緩步動物研討會」。研討會上，與會者對這些生物的興趣不再僅限於牠們的抗壓能力，而是被牠們「有腿」的特徵吸引－－這些八足微生物是已知最小的有肢體動物之一，不僅有眼斑、大腦、周邊神經系統，還能自在地行走，這些特徵都足以讓牠們在「系統神經科學」領域備受期待。

既簡單又複雜，是剛剛好的研究對象

對於研究大腦如何與身體協同運作的科學家來說，模式生物的選擇至關重要。老鼠與果蠅雖常見，但太過複雜，很難將某種特定行爲與神經元對應；線蟲（如C. elegans）則太簡單，連四肢都沒有，因此也無法探討肢體運動與神經連結的問題。

緩步動物則恰好介於兩者之間。牠們擁有數百個神經元、簡單而完整的神經網路，而且行爲豐富：能爬行，還有用小爪子靈活地抓握物體——似乎同時具備局部神經控制與整合來自大腦的指令。這樣的特性讓神經科學家如加州大學舊金山分校的索爾・加藤（Saul Kato）眼睛一亮，他笑稱這些緩步動物就像是「有腳的線蟲」。

除此之外，緩步動物透明的身體也爲研究帶來便利。科學家可以在活體狀態下，清楚觀察神經元如何運作，並利用螢光蛋白標記神經的活動路徑。東京慶應大學的萊恩斯（Ana Lyons）正嘗試製作「神經圖譜」，描繪水熊體內每一個神經元的結構與位置，做爲未來研究神經行爲的基礎。

爲什麼現在纔開始？

或許也會有人好奇，爲何這麼理想的研究對象，直到最近才受到重視？

首先，緩步動物「來得太晚」－－早期的研究都集中在果蠅與線蟲上，從基因編輯、品系培養到神經染色方法一應俱全。相比之下，水熊的基礎資料仍待建立：目前尚未有一個明確的「標準種」，全世界已知的緩步動物物種超過1300種，研究者尚未決定要聚焦哪一類。

此外，基因操作也面臨挑戰。像「基因嵌入」（knock-in）這類在體內插入外來基因的技術，在緩步動物中仍無法穩定進行。雖然 2024 年，日本研究團隊運用 CRISPR 技術成功將基因片段插入水熊體內，但成效有限，離大規模應用仍有距離。

更棘手的是，目前許多常用工具（如蛋白標記系統、基因表現載體）原本是爲其他生物設計，套用到水熊身上經常會水土不服。加藤指出，這代表研究過程中將會遇到許多「未知的未知」，但他反而認爲這是難得的機會——「不是成功，就是新發現。」

社羣的力量

儘管挑戰重重，萊恩斯與加藤都相信，要讓水熊變成真正的模式生物，得集結不同領域的專家共同努力，從基因工程、生物影像學到神經解剖學，每一環都需人力與創新。

這正是今年鶴岡研討會的主要目的之一：培養一個共享、協作的研究社羣。田中早繪（Sae Tanaka）是本次會議的主辦人之一，她在會議上，分享了團隊開發的「TardiVec」系統，一種可應用於活體緩步動物的蛋白質動態觀測技術。這套工具能讓科學家更細緻地追蹤細胞變化，她希望透過工作坊的方式鼓勵更多人採用。

而這股合作精神也感染了許多初入門的研究者。美國芝加哥大學的尼洛迪（Jasmine Nirody）表示，在許多已經發展成熟的研究領域，科學家往往爲了搶先發表而競爭激烈；但在水熊領域，「我們都朝着共同的目標努力，每個人都既合作又親切。」

加藤也觀察到明顯變化。他回憶起2018年，初次參加緩步動物研討會時，場上的討論多圍繞在物種分類與演化位置，鮮少有分子生物學或神經學者參與。但這幾年來，社羣迅速擴張，研究背景日益多元。萊恩斯表示，這次會議預計吸引超過300人蔘與，是歷年最多。

這樣的成長，也讓加藤對未來充滿信心，或許幾年內，水熊蟲就有可能成爲真正地模式生物。

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