非洲爪蟾

非洲爪蟾

無尾目負子蟾科動物
非洲爪蟾(學名:Xenopus laevis)又名光滑爪蟾,負子蟾科。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,頭部及身體扁平,沒有外耳或舌頭。其後腳上有3趾短爪,可能是用來挖泥來躲避掠食者。由于沒有舌頭隻能利用其前肢攪食水中的脊椎動物。
    中文名: 拉丁學名: 别名: 界:動物界 門:脊索動物門(Phylum Chordata) 亞門:脊椎動物亞門(Vertebrata) 綱:兩栖綱(Amphibia) 亞綱:滑體亞綱(Lissamphibia) 是兩栖綱現存的唯一亞綱。 目:無尾目(Salientia) 亞目: 科:負子蟾科(Pipidae) 亞科: 族: 屬:爪蟾屬(Xenopus) 亞屬: 種:非洲爪蟾 X. laevis 亞種:“金蛙”即白化非洲爪蟾。 分布區域: 命名者及年代: 保護級别: 中文學名:非洲爪蟾 中文别名:光滑爪蟾 二名法:Xenopus laevis 分布:由南非的熱帶草原起,北至肯尼亞,烏幹達西至喀麥隆

形态特征

非洲爪蟾分布在撒哈拉以南非洲東南部的池塘及河流,它們是水生的,呈灰綠色,另有白化作為寵物售賣,在一般的水族館裡,它們普遍以“白化水生蛙”為主。

非洲爪蟾的平均壽命為5-15歲,一些還可以活到20歲。它們每年會脫皮一次,并且會吃下脫下的皮。

雖然非洲爪蟾沒有聲囊,雄蛙會收縮喉内肌,發出長及短的顫聲來呼喚交配。一般而言,雌蛙會發聲回應,拍擊聲為接受,緩慢的滴答聲為拒絕。

非洲爪蟾遊得很快,會吃小型的魚類(如米諾魚及孔雀魚)及昆蟲(如蚯蚓、蠟蟲及蟋蟀)。它們也會吃蝦及火腿。它們獵食時并不能好好按壓獵物,有時獵物甚至會從中逃走,它們則會以前肢将獵物推入口中。

爪蟾的眼小且位于頭上方,身體兩側各有一條白色帶狀條紋,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。後肢粗壯,發達的趾蹼利于遊泳;頭三角形,嘴巴兩側有觸手狀突起;遊離指,沒有蹼,手指前端有分支成4星狀突起,是感覺器官。體長6~13公分,身體扁平、流線型。體色可由灰色變成黑色,以配合環境。身體兩側各有一條白色帶狀條紋,屬于感覺系統,由于沒有舌頭,隻能利用其前肢攪食水中的脊椎動物。體長雄性會比雌性小一截,雄性約10~15公分,雌性約10~17公分,最大可達20公分。後趾間的蹼發達,後肢具有3對角質腳爪。雄蛙洩殖腔比雌蛙洩殖腔小不利于小青蛙的生長發育。雄性成蛙體長7-11cm,雌性成蛙體長9-14cm。形态扁扁的如同樹葉;全身金黃色。性成熟的成蛙前肢有黑色婚墊,為了便于交配,雄蛙洩殖腔比雌蛙洩殖腔小。從外型上,雄性會比雌性小一截,後肢具有3對角質腳爪。

生活習性

水栖性,栖息于湖泊及池塘。利用雨季産卵于水域,有強壯、肌肉發達的後腳,後趾間有全蹼,善于遊泳。前肢很小,利用有爪的腳趾将食物撥進嘴裡,非常貪吃。水族館裡常見的蛙類,可以喂食飼料,經常提供作為實驗動物。早在90年代就已經引入各國。

蝌蚪攝食浮遊生物;出水孔一對(屬于雙出水孔型),位于體腹面中部兩側;尾肌發達,尾腹鳍前達腹部,尾後部纖細呈絲狀,不停地擺動。遇到幹旱時,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。再入水後,會不停地捕食小的魚、昆蟲,特别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。

完全水栖,無論是蝌蚪還是成蛙,一生都生活在水裡,一年産卵多達1-1.5萬顆。

研究價值

在胚胎學研究中,非洲爪蟾是主要的兩栖類動物模型。

非洲爪蟾的優勢在于取卵方便,在實驗室條件下,它可以常年産卵,不受季節限制。隻要注射激素,雌體第2天就可以産卵,而且産卵量很大,可以通過人工授精獲得受精卵。

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。其早期胚胎發育很快,在24℃下受精後2天左右就可以孵化成可以自由遊動的幼蟲。

雖然非洲爪蟾作為動物模型有很多優點,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,多數基因存在四個拷貝,很難進行遺傳突變實驗。

生命周期

非洲爪蟾的成熟卵子具有明确的植物極和動物極,受精作用引起皮質運動。爪蟾胚胎經過卵裂、囊胚、原腸胚、神經胚、尾芽期等階段孵化成幼蟲;蝌蚪在5天左右後肢開始發育并逐漸進入變态期,到兩個月時完成變态。幼體要生長1到2年才能達到性成熟。

種群分布

負子蟾科(Pipidae)27種,分布于南美及南非洲東南部的池塘及河流,北至肯尼亞,烏幹達西至喀麥隆。

發育成蝌蚪或直接發育,蝌蚪屬于第一型,有兩個出水孔,無角質齒。比較原始的蛙類。代表化石物種:非洲古蛙,威耶利亞古蛙(隻發現了蝌蚪化石,保存不是很完整但和非洲古蛙很類似,所以歸于這一科)化石種裡的“蛙”字,不必深追,沒什麼特别含義,就好像明明是兩爪鼈類的鼈,卻叫了個無盾龜一樣。古生物的命名雖然要求比現代生物更嚴謹,但有時候在字詞上卻不是很注意。分布于由南非的熱帶草原起,北至肯尼亞,烏幹達西至喀麥隆。體長100mm。雄性會比雌性小一截,後肢具有3對角質腳爪。

規模養殖

容器:

以大中型的玻璃水族箱或圓形玻璃缸進行室内飼養。

水:

所用自來水需經淨化、沉澱,去氯等處理;每日需充氧3~5次,每次5分鐘;水深20厘米。水中有潛水泵加氧,加熱器給予加熱。水槽裡的水應該定期更換,一般在每次喂食後換水,以保證爪蟾的健康,防止疾病的發生。

溫度:

生存環境溫度要求在18℃左右。水溫12~25℃。在室溫低于5℃時,非洲爪蟾将會冬眠,若超過30℃,則其拒食,不易存活。

光照:

每個箱頂有燈光照明。

非洲爪蟾以豬心、肝髒為食物,2-3天喂食1次。爪蟾能主動尋找食物,利用前肢将食物撥進嘴裡。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,日增重量曲線随投食量增減而變化。在人工條件下隻要管理适當,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,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。紅蟲、蝦及豐年蝦都可以作為飼料。飼養下的非洲爪蟾會較野生的大,可以長到15厘米。

拓展介紹

非洲爪蟾是發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,故在發展生物學上的地位舉足輕重。羅傑·斯佩裡(Roger Wolcott Sperry)就是利用了非洲爪蟾在視覺發展的研究上,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複制及其他相關的程序,故能夠在無細胞環境下方便操控,對研究DNA複制及修複很有幫助。在孕婦的尿液中發現含有大量人類絨毛膜性腺激素,這種激素可以引發非洲爪蟾生産卵母細胞。為了幫助非洲爪蟾的培育,現時會将這種激素注入雄蛙及雌蛙中,幫助交配。

非洲爪蟾及其他爪蟾屬的卵母細胞是分子生物學的重要表達系統。隻要将DNA或mRNA注入卵母細胞或發育中的胚胎,科學家就可以在對照下研究蛋白質。這可以讓操控的DNA(或mRNA)有頻密的表達,并輕易的紀錄卵母細胞。研究上面對消除影響結果的天然蛋白質的挑戰,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栖類動物模型。

非洲爪蟾的優勢在于取卵方便,在實驗室條件下,它可以常年産卵,不受季節限制。隻要注射激素,雌體第2天就可以産卵,而且産卵量很大,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栖類動物模型。

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。其早期胚胎發育很快,在24℃下受精後2天左右就可以孵化成可以自由遊動的幼蟲。

雖然非洲爪蟾作為動物模型有很多優點,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展的黃金時期。人們采用各種胚胎手術或物理、化學的方法來處理動物胚胎,觀察、分析其發育的各種現象。那個時間流行的動物模型有蝾螈、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蝾螈為實驗材料。1924年,他發現蝾螈原腸胚的胚孔背唇具有很強的誘導能力。如果将這部分組織移植到受體胚胎的腹側,可以誘導形成一個完整的次級胚胎。由于這一重要發現,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展。科研人員要在春天的時候四處尋找野生青蛙或蝾螈,收集受精卵和胚胎,急急忙忙做一通實驗,然後在一年剩下的時間裡分析實驗結果。直到20世紀50年代,非洲爪蟾粉墨登場,才改變了這一尴尬的狀況,它也逐漸成為發育生物學研究的主角。

非洲爪蟾的研究為我們認識脊椎動物的發育機制作出了重要貢獻。雖然施佩曼在1924年就發現了組織者,但對于組織者作用的分子機制的研究在很長時間内都沒有取得突破。直到20世紀80年代中期,英國的施萊克和史密斯教授才發現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信号抑制因子和Wnt信号抑制因子。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育時期胚胎細胞核的發育能力。他先用紫外線照射爪蟾卵細胞,破壞其細胞核,然後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内,其中一少部分卵會開始分裂并可發育至一定時期。利用蝌蚪小腸上皮細胞作為核供體,通過連續核移植的辦法,戈登成功獲得少量蝌蚪,其中有幾隻成功發育成為成體爪蟾。這可能是世界上最早的克隆動物。這一結果轟動了科學界,充分證明了細胞核的全能性,也開創了動物克隆的時代。

我們不得不承認非洲爪蟾是戈登的親密朋友,20世紀70年代初,戈登教授發現,将外源血紅蛋白信使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。此後,卵母細胞表達系統在細胞生物學研究中發揮了重要作用。比如,應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構和功能研究中的一種重要方法,在研究離子通道及神經遞質受體的結構、功能及藥理作用方面都發揮了重要作用。非洲爪蟾的卵母細胞真是生物實驗的絕佳材料,它除了構建卵母細胞表達系統,還常用于細胞分裂與細胞周期調控的研究。早在1972年,研究人員首先在豹蛙中發現,成熟卵母細胞中存在一種物質,把這種物質注射到未成熟卵母細胞中,會加速它進行減數分裂而成熟。因此他們把這種物質叫作“成熟促進因子”(MPF)。這一結果随後在非洲爪蟾中得以證實。

此後,非洲爪蟾成為相關研究的重要材料。人們發現MPF不僅能促進卵母細胞的減數分裂,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的活性會随着細胞周期而變化,它在卵母細胞進行減分裂前活性最高;而當卵母細胞分裂後,MPF的活性亦随之消失。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,它本身又極不穩定,這一工作進行得很不順利。直到1988年,MPF才被純化,發現它由兩個蛋白組成,一個是周期素(一種随着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仍然是細胞周期研究的重要材料。

非洲爪蟾于2003年在舊金山大肆繁殖,影響了當地的生态系統。

由于非洲爪蟾免疫于蛙壺菌,而蛙壺菌亦是源自于非洲爪蟾在非洲的栖息地,很多學者都相信壺菌病是由它們所傳播。

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