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非洲爪蟾
沒有外耳或舌頭的兩棲動物
無尾目負子蟾科動物
非洲爪蟾（學名：Xenopuslaevis）又名光滑爪蟾，是南非的一種水生青蛙，是一種重要的模式生物。它們可以長達12厘米，頭部幾乎身體扁平，沒有外耳或舌頭。其后腳上有3趾短爪，是用來挖泥來躲避掠食者。由于沒有舌頭只能利用其前肢攪食水中的脊椎動物。自然條件下非洲爪蟾以小魚、蝦、蟹、昆蟲為食，進食時常迫不及待地用前肢的三只長爪將食物撥進口中。
兩棲動物
無危
非洲
肉食性
基本信息
| 中文名 | 非洲爪蟾 |
| 拉丁學名 | Xenopus laevis |
| 別名 | 光滑爪蟾 |
| 分布區(qū)域 | 全國各省（自治區(qū)、直轄市）的主要生物學實驗室均有飼養(yǎng)或繁育 |
分類信息
| 界 | 動物界 |
展開
形態(tài)特征
非洲爪蟾后肢強勁而有發(fā)達的蹼，前肢纖細而無蹼。沒有舌頭。將卵放在背部的小囊中孵化，完成變態(tài)或接近完成變態(tài)時離開母體。雄性體長會比雌性小一截，雄性約10-15厘米，雌性約10-17厘米，最大可達20厘米。呈流線型的扁平身軀使它能很好地適應(yīng)水中生活。爪蟾的眼小且位于頭上方，有助于偵測來自水面的天敵。身體兩側(cè)各有一條白色帶狀條紋，起到了感應(yīng)器的作用，通過感應(yīng)水波可以探知食物和天敵的方向。這種蛙的特點在于前肢較小，三趾末端有明顯的爪，故而得名爪蟾。后肢粗壯，發(fā)達的趾蹼利于游泳。頭三角形，嘴巴兩側(cè)有觸手狀突起；游離指，沒有蹼，手指前端有分支成4星狀突起，是感覺器官。
非洲爪蟾
非洲爪蟾
非洲爪蟾（白化品種）
棲息環(huán)境
生活習性
捕食特性
非洲爪蟾游得很快，獵食時并不能好好按壓獵物，有時獵物甚至會從中逃走，它們則會以前肢將獵物推入口中。自然條件下非洲爪蟾以小魚、蝦、蟹、昆蟲為食，進食時常迫不及待地用前肢的三只長爪將食物撥進口中。由于沒有舌頭只能利用其前肢攪食水中的脊椎動物。而在人工飼養(yǎng)條件下，可以喂飼植物性飼料和動物性飼料，如動物肝臟和植物類的水藻。非洲爪蟾游得很快，會吃細小的魚類（如米諾魚及孔雀魚）及昆蟲（如蚯蚓、蠟蟲及蟋蟀，也會吃蝦及火腿。
蝌蚪攝食浮游生物；出水孔一對（屬于雙出水孔型），位于體腹面中部兩側(cè)；尾肌發(fā)達，尾腹鰭前達腹部，尾后部纖細呈絲狀，不停地擺動。遇到干旱時，爪蟾可爬行短距離另尋水源，但一般常伏在冷濕的土下，身體逐漸消瘦。再入水后，會不停地捕食小的魚、昆蟲，特別能消滅大量蚊蟲的卵和孑孓，還吞食本種的幼蟾和大量的畸形蝌蚪，體重迅速增長。
分布范圍
生長繁殖
容器
以大中型的玻璃水族箱或圓形玻璃缸進行室內(nèi)飼養(yǎng)。
溫度
生存環(huán)境溫度要求在18℃左右。水溫12-25℃。在室溫低于5℃時，非洲爪蟾將會冬眠，若超過30℃，則其拒食，不易存活。
光照
每個箱頂有燈光照明。
投食
蝌蚪是濾食性的，可以投喂細的幼魚餌料等懸液，混濁度應(yīng)以蝌蚪在4-5小時內(nèi)能吃凈為宜。蝌蚪有時也吃水中輪蟲和刮食綠藻。非洲爪蟾以豬心、肝臟為食物，2-3天喂食1次。爪蟾能主動尋找食物，利用前肢將食物撥進嘴里。爪蟾怕驚擾，一般在夜間取食。它非常貪吃，取食量與月增重量成正比，日增重量曲線隨投食量增減而變化。在20℃條件下，從受精卵經(jīng)過5-6周就可完成變態(tài)。變態(tài)時，蝌蚪進食量減少或停止進食，變態(tài)后小爪蟾就可進食水絲蚓或小片豬肝。在人工條件下只要管理適當，死亡率較低，每年僅2%左右，幼體的成活率則為75%左右。非洲爪蟾容易飼養(yǎng)，故成為了新的寵兒。它們一般會與其他魚類或水生青蛙一同飼養(yǎng)。紅蟲、蝦及豐年蝦都可以作為飼料。飼養(yǎng)下的非洲爪蟾會較野生的大，可以長到15厘米。在室內(nèi)養(yǎng)殖條件下1-2年內(nèi)可達到性成熟。
保護現(xiàn)狀
列入《世界自然保護聯(lián)盟》（IUCN）2009年瀕危物種紅色名錄ver3.1——無危（LC）。
主要價值
爪蟾作為脊椎模式動物用來科學研究，與其它模式動物有著很多的優(yōu)勢。首先，爪蟾基因組已經(jīng)有了完整的數(shù)據(jù)庫；其次，白化爪蟾是透明的，可以用著活體研究，觀察單個神經(jīng)元的形態(tài)變化；爪蟾的卵可以用來研究蛋白通道的功能；再次，爪蟾養(yǎng)殖費用低，周期短，可以結(jié)合行為學研究進行藥物的高通量篩選。英國發(fā)育生物學家約翰·格登（JohnBertrandGurdon）就是利用爪蟾卵的核移植實驗證明了核編程的重要思想，從而獲得了2012年諾貝爾獎。
非洲爪蟾是發(fā)展生物學的重要模式生物。它們約需1-2年的時間才達至性成熟，且是有四套染色體的。它們的胚胎很大及容易處理，故在發(fā)展生物學上的地位舉足輕重。羅杰·斯佩里（RogerWolcottSperry）就是利用了非洲爪蟾在視覺發(fā)展的研究上，這項研究得出化學親和性假說。非洲爪蟾的近親：熱帶爪蟾現(xiàn)被提升為新的模式生物。常被用作實驗動物，很早用于診斷婦女早期妊娠。
非洲爪蟾卵的抽取物可以支援DNA復制及其他相關(guān)的程序，故能夠在無細胞環(huán)境下方便操控，對研究DNA復制及修復很有幫助。在孕婦的尿液中發(fā)現(xiàn)含有大量人類絨毛膜性腺激素，這種激素可以引發(fā)非洲爪蟾生產(chǎn)卵母細胞。為了幫助非洲爪蟾的培育，現(xiàn)時會將這種激素注入雄蛙及雌蛙中，幫助交配。
非洲爪蟾及其他非洲爪蟾屬的卵母細胞是分子生物學的重要表達系統(tǒng)。只要將DNA或mRNA注入卵母細胞或發(fā)育中的胚胎，科學家就可以在對照下研究蛋白質(zhì)。這可以讓操控的DNA（或mRNA）有頻密的表達，并輕易地記錄卵母細胞。研究上面對消除影響結(jié)果的天然蛋白質(zhì)的挑戰(zhàn)，例如卵母細胞的天然膜通道。注入嗎啉基反義核酸到卵母細胞中，就可以阻礙蛋白質(zhì)的翻譯或改善mRNA前體的剪接。
在胚胎學研究中，非洲爪蟾是主要的兩棲類動物模型。非洲爪蟾的優(yōu)勢在于取卵方便，在實驗室條件下，它可以常年產(chǎn)卵，不受季節(jié)限制。只要注射激素，雌體第2天就可以產(chǎn)卵，而且產(chǎn)卵量很大，可以通過人工授精獲得受精卵。
在胚胎學研究中，非洲爪蟾是主要的兩棲類動物模型。由于非洲爪蟾的卵子和胚胎個體較大，很方便進行實驗胚胎學研究，如顯微注射、胚胎切割和移植等。其早期胚胎發(fā)育很快，在24℃下受精后2天左右就可以孵化成可以自由游動的幼蟲。雖然非洲爪蟾作為動物模型有很多優(yōu)點，但是它很難進行遺傳學研究。這主要是由于其生命周期過長，同時，它是異源四倍體，多數(shù)基因存在四個拷貝，很難進行遺傳突變實驗。
19世紀末至20世紀前，半葉是實驗胚胎學發(fā)展的黃金時期。人們采用各種胚胎手術(shù)或物理、化學的方法來處理動物胚胎，觀察、分析其發(fā)育的各種現(xiàn)象。那個時間流行的動物模型有蠑螈、蜥蜴、青蛙和海膽等。比如著名的德國胚胎學家施佩曼主要是以蠑螈為實驗材料。1924年，他發(fā)現(xiàn)蠑螈原腸胚的胚孔背唇具有很強的誘導能力。如果將這部分組織移植到受體胚胎的腹側(cè)，可以誘導形成一個完整的次級胚胎。由于這一重要發(fā)現(xiàn)，施佩曼獲得了1935年的諾貝爾獎。然而在當時，實驗所用的受精卵、胚胎都是從自然界中采集的。胚胎材料的缺乏大大限制了胚胎學研究的發(fā)展。科研人員要在春天的時候四處尋找野生青蛙或蠑螈，收集受精卵和胚胎，急急忙忙做一通實驗，然后在一年剩下的時間里分析實驗結(jié)果。直到20世紀50年代，非洲爪蟾粉墨登場，才改變了這一尷尬的狀況，它也逐漸成為發(fā)育生物學研究的主角。
非洲爪蟾的研究為人們認識脊椎動物的發(fā)育機制作出了重要貢獻。雖然施佩曼在1924年就發(fā)現(xiàn)了組織者，但對于組織者作用的分子機制的研究在很長時間內(nèi)都沒有取得突破。直到20世紀80年代中期，英國的施萊克和史密斯教授才發(fā)現(xiàn)成纖維細胞生長因子和活性素具有誘導能力。他們所使用的胚胎材料正是非洲爪蟾。直到20世紀90年代，人們才找到了組織者中真正的作用分子：BMP信號抑制因子和Wnt信號抑制因子。這一系列的工作也都是以非洲爪蟾為模型進行的。非洲爪蟾胚胎還曾多次乘坐宇宙飛船到太空旅行，用來研究胚胎在微重力條件下的發(fā)育。
1997年，克隆羊多利的誕生轟動了世界，它是世界上第一個克隆的哺乳動物。實際上，克隆動物最早是在非洲爪蟾中獲得成功的。1962年，英國牛津大學的生物學家戈登利用非洲爪蟾進行了一系列的核移植試驗，當時的主要目的是研究不同發(fā)育時期胚胎細胞核的發(fā)育能力。他先用紫外線照射爪蟾卵細胞，破壞其細胞核，然后取爪蟾蝌蚪的腸上皮細胞、肝細胞、腎細胞等的細胞核，植入上述處理過的卵細胞內(nèi)，其中一少部分卵會開始分裂并可發(fā)育至一定時期。利用蝌蚪小腸上皮細胞作為核供體，通過連續(xù)核移植的辦法，戈登成功獲得少量蝌蚪，其中有幾只成功發(fā)育成為成體爪蟾。這可能是世界上最早的克隆動物。這一結(jié)果轟動了科學界，充分證明了細胞核的全能性，也開創(chuàng)了動物克隆的時代。
20世紀70年代初，戈登教授發(fā)現(xiàn)，將外源血紅蛋白信使RNA注射入爪蟾卵母細胞中，可以在卵母細胞中表達出血紅蛋白。此后，卵母細胞表達系統(tǒng)在細胞生物學研究中發(fā)揮了重要作用。比如，應(yīng)用非洲爪蟾卵母細胞表達外源離子通道或其他受體基因是離子通道或受體結(jié)構(gòu)和功能研究中的一種重要方法，在研究離子通道及神經(jīng)遞質(zhì)受體的結(jié)構(gòu)、功能及藥理作用方面都發(fā)揮了重要作用。
非洲爪蟾的卵母細胞真是生物實驗的絕佳材料，它除了構(gòu)建卵母細胞表達系統(tǒng)，還常用于細胞分裂與細胞周期調(diào)控的研究。早在1972年，研究人員首先在豹蛙中發(fā)現(xiàn)，成熟卵母細胞中存在一種物質(zhì)，把這種物質(zhì)注射到未成熟卵母細胞中，會加速它進行減數(shù)分裂而成熟。因此他們把這種物質(zhì)叫作“成熟促進因子”（MPF）。這一結(jié)果隨后在非洲爪蟾中得以證實。此后，非洲爪蟾成為相關(guān)研究的重要材料。人們發(fā)現(xiàn)MPF不僅能促進卵母細胞的減數(shù)分裂，也可以促進正常體細胞的有絲分裂。更有趣的是，卵母細胞中MPF的活性會隨著細胞周期而變化，它在卵母細胞進行減分裂前活性最高；而當卵母細胞分裂后，MPF的活性亦隨之消失。接下來，研究人員嘗試從爪蟾的未受精卵中純化MPF。但由于MPF的活性測試十分繁瑣，它本身又極不穩(wěn)定，這一工作進行得很不順利。直到1988年，MPF才被純化，發(fā)現(xiàn)它由兩個蛋白組成，一個是周期素（一種隨著細胞分裂過程而周期性表達的蛋白），另一個是一種周期素依賴性蛋白激酶。這是細胞周期調(diào)控研究中的一次重大突破，極大地推動了細胞周期的研究。21世紀初期，非洲爪蟾卵母細胞系統(tǒng)仍然是細胞周期研究的重要材料。
參考資料
[1]
中國版“水中小白鼠”——稀有鮈鯽2021-03-03T08:09:22+08:00[引用日期2022-06-17 18:49:18]
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
