據(jù)美國(guó)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，日前柏克萊實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家首次繪制出了人類(lèi)內(nèi)耳用于控制聽(tīng)覺(jué)和平衡的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),。
人類(lèi)的耳朵被譽(yù)為自然界最精密的“機(jī)械”,，其耳內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),，輕薄如細(xì)絲，稱(chēng)為蛋白質(zhì)纖維,?？茖W(xué)家們的這一研究成果為了解聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)更為基礎(chǔ)的知識(shí)開(kāi)啟了大門(mén)。而這一發(fā)現(xiàn)也可能會(huì)引起治療失聰方法的改進(jìn),，從而為全球百分之十的聾啞人口造福,。
科學(xué)家稱(chēng)，內(nèi)耳的蛋白質(zhì)纖維能將聲音的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詾榇竽X所識(shí)別的電子信號(hào),。雖然它們僅有4納米寬,，160納米長(zhǎng)（一納米等于一百萬(wàn)分之一米），但一旦它們受到損害,，那么人的聽(tīng)力將受損,，而整個(gè)世界將變得一片寂靜。這些蛋白質(zhì)纖維是感官系統(tǒng)的一部分,，有了它們,，人們才能聽(tīng)到巨大的油門(mén)轟鳴聲亦或是繡花針掉在地上的微小聲音。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的功能如此神奇,，生物體內(nèi)其他任何一個(gè)感官系統(tǒng)以及電機(jī)工程領(lǐng)域都沒(méi)有如此功能的系統(tǒng)存在,。 柏克萊實(shí)驗(yàn)室生命科學(xué)部的曼弗雷德·奧爾（Manfred Auer）說(shuō)：“這是人體最奇妙的系統(tǒng)之一。但它到底是如何運(yùn)作的至今仍是個(gè)謎,。我們的目標(biāo)是要確定該系統(tǒng)的形態(tài),，然后我們才可以知道它是如何運(yùn)作的。”
為此,，奧爾和他的同事利用電子斷層攝影術(shù)（electron tomography）,，繪制了幾百?gòu)埐煌慕嵌鹊牡鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)圖，并將它們重構(gòu)成為一個(gè)三維立體復(fù)合圖,。八年前,，當(dāng)奧爾的團(tuán)隊(duì)著手開(kāi)始研究更多關(guān)于聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的組成部分時(shí)，電子斷層攝影術(shù)才首次被運(yùn)用在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)研究方面,。多年的經(jīng)驗(yàn)使得他們對(duì)該技術(shù)駕輕就熟,。
繪制出的結(jié)構(gòu)圖像顯示,，人的內(nèi)耳里有大量的長(zhǎng)著聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體（hair bundle）的毛細(xì)胞。這些聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體在耳膜振動(dòng)時(shí)隨著空氣的流動(dòng)而擺動(dòng),，就像微風(fēng)拂過(guò)時(shí)麥子的隨風(fēng)輕擺,。通過(guò)近距離地放大可以看到，每束聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體由單獨(dú)的被稱(chēng)為“靜纖毛”的纖毛組成,。相鄰的靜纖毛由蛋白質(zhì)纖維聯(lián)系起來(lái),，也稱(chēng)為“端部聯(lián)結(jié)”(tip links)。當(dāng)靜纖毛開(kāi)始擺動(dòng),，端部聯(lián)結(jié)被拉伸,，從而在一瞬間打開(kāi)了一個(gè)傳聲渠道，允許帶正電荷的離子進(jìn)入毛細(xì)胞,，從而引起神經(jīng)傳遞物質(zhì)釋放,，最終到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為大腦所識(shí)別,。這種方式我們可以簡(jiǎn)單看作是由機(jī)械地振動(dòng),，引起傳聲渠道的開(kāi)放，將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),，并最終為我們以蟬鳴,、鳥(niǎo)叫或是人的語(yǔ)言的形式所聽(tīng)到。
奧爾說(shuō)：“聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)真令人難以置信,。但我們?nèi)圆恢肋@些聯(lián)結(jié)由什么組成,，聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體如何以分子的形式進(jìn)行運(yùn)作。”直到電子斷層攝影術(shù)的引入,，這一難題才找到了解決的出路,。奧爾和他的同事的利用該技術(shù)將聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體進(jìn)行分析。 如今,，他們已經(jīng)對(duì)聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體聯(lián)結(jié)進(jìn)行了三維重建,，并獲得了該聯(lián)結(jié)長(zhǎng)度的高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)和圖像。
細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物學(xué)的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)是獲得了復(fù)雜系統(tǒng)的分子目錄,，并表明了蛋白質(zhì)是如何一起起作用從而實(shí)現(xiàn)其神奇功能,。奧爾稱(chēng)他們也正在努力地獲得聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體的詳細(xì)目錄。利用電子斷層攝影術(shù)對(duì)聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體進(jìn)行研究,，也讓研究小組有了更多有趣的研究話(huà)題,。例如，人的聽(tīng)覺(jué)既能適應(yīng)巨大的聲響,，也能敏感地聽(tīng)到低沉的耳語(yǔ),。那么人們不禁要問(wèn)它能如此敏感地聽(tīng)見(jiàn)耳語(yǔ)，但為什么又不能敏感地到聽(tīng)見(jiàn)任何其他的分子撞擊耳膜的聲音呢,？
奧爾說(shuō)：“如果聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)能足夠的敏感,，人類(lèi)將會(huì)聽(tīng)到空氣中的任何分子撞擊耳膜的聲音,。利用電子斷層攝影術(shù)來(lái)研究聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體的確是個(gè)很好的方法，但我們需要知道得更多,，需要進(jìn)一步了解聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的分子結(jié)構(gòu),。我們相信，我們最終將繪制出更為詳細(xì)的聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體的分子圖,，而此圖將讓我們清楚地了解到聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞感受體是如何工作的,，人類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)又是如何起作用的。”
