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看天下 / 杂谈 / 正文

世上最丑的动物,拥有不会老的超能力

MJ
来源:科学松鼠会
351 2018-03-08

托马斯 · 帕克( Thomas Park)觉得自己撑不下去了。

帕克是伊利诺大学芝加哥分校的神经学家,正研究裸鼹形鼠在缺氧环境里的反应。这种动物跟仓鼠差不多大,但比仓鼠丑很多。设定的实验条件是 5% 氧气,在这么低浓度的氧气里,人类大概 40 秒内就会昏迷,然后逐渐死去。

科学家们把裸鼹形鼠们放进去,打算一出现异状就停止实验。

五分钟过去了,十五分钟过去了(跟裸鼹形鼠体型差不多的小鼠死了),一小时过去了,五小时过去了……科学家们又累又饿,只想回家。

可 " 缺氧 " 的裸鼹形鼠们依然清醒,四处爬动,甚至还叽叽喳喳地聊天交流。

" 它们甚至都没睡觉,比研究者更有精力。" 帕克承认。

为了回家吃饭(划掉)科学家们直接上了 0% 氧气环境。

这次有了反应,裸鼹形鼠们在 30 秒左右昏了过去,心跳 2 分钟内就从每分钟 200 次降到了每分钟 50 次。

同时放进去的小鼠心跳则一直降,一直降。

完全缺氧 6 分钟,小鼠的心跳已检测不到。裸鼹形鼠的心跳还稳定在每分钟 50 次。

缺氧 10 分钟,4 只裸鼹形鼠被移回普通空气里,100% 复苏。

缺氧 18 分钟,4 只裸鼹形鼠被移回普通空气里,100% 复苏。

缺氧 30 分钟,4 只裸鼹形鼠被移回普通空气里,100% ……挂了。

也就是说,裸鼹形鼠至少能在完全无氧环境里撑 18 分钟,而且复苏后一切正常——至少外表上没有明显问题。

耐缺氧只是裸鼹形鼠的绝活之一。除了变漂亮,这种动物简直什么都能做到

绿豆眼长龅牙、皱皮大肚、四肢细短、全身无毛……对于裸鼹形鼠来说,可能只有它亲妈和 James Blunt 认为 "You're Beautiful"。图片来源:ferrebeekeeper.wordpress.com

裸鼹形鼠(Heterocephalus glaber)是种神奇的动物。它们在东非地下挖掘出纵横交错的隧道与洞穴。为了适应东非的干旱气候,当地许多植物会长出大型块茎。然而地底挖掘耗费的能量巨大,大概是行走所耗费能量的 3500 倍,裸鼹形鼠如果单兵作战,很可能在中 " 块茎大奖 " 之前就饿死。因此,裸鼹形鼠演化出了一套策略——分头寻找,共享食物。100 只一起找,总有瞎鼠碰上大块茎的时候。裸鼹形鼠平均体重也才 35 克,每挖到一个几千克甚至几十千克的块茎,整窝就可以吃上数月到一年。

为了节省能量,裸鼹形鼠干脆放弃了保持体温。哺乳动物几乎都是恒温的,但裸鼹形鼠这个奇葩例外。它们在寒冷时就到近地表的温暖洞穴里挤成一堆,过热时就退缩到深处的寒冷洞穴中降温。

至于生育这件很麻烦很费能的事,索性集中处理,一窝裸鼹形鼠可能有几十只到几百只,但其中只有一只 " 女王 " 和一到三只 " 王夫 " 负责生育,大部分裸鼹形鼠不恋爱不生仔,每天只兢兢业业地挖土觅食、打扫洞穴、保卫女王、照顾幼鼠——是不是感觉很像蜜蜂白蚁?的确。分工繁殖、世代重叠、合作照顾幼年后代,这样的真社会性动物里绝大部分都是昆虫,只有两种哺乳类,裸鼹形鼠正是其中一种。

裸鼹形鼠地下生活示意图,巢穴大的可以延伸到三千米,里面的洞穴各有特定用途,比如专门的厕所洞,专门的育幼洞等等。图片来源:virgoletteblog.it

裸鼹形鼠的超能力之一,就是耐缺氧环境。地下通风差,氧气含量常会降到 9% 以下。结果裸鼹形鼠不但演化出了超级能抓氧气分子的血红蛋白,甚至还演化出了在无氧情况下利用果糖来供应能量的能力。

别小看这点。绝大多数动物根本就做不到,既不能转运果糖进细胞,也不能无氧代谢果糖,在缺氧时只能勉强将葡萄糖酵解,而酵解反应也很快会因为乳酸等产物堆积而终止。对脑细胞这些耗能高、存储葡萄糖少的的细胞来说,能量断供是灭顶之灾。脑细胞无法维持正常的电化学状态,导致迅速代谢紊乱,进而立刻死亡。

帕克发现,尽管在有氧情况下,裸鼹形鼠和其他动物一样规规矩矩地用葡萄糖供能,但在缺氧达十分钟以后,裸鼹形鼠就能把自己从 " 葡萄糖档 " 调到 " 果糖档 "。裸鼹形鼠的心、脑、肝、肾这些重要器官的细胞统统都可以转运并利用果糖,即使遇到缺氧,这些器官在来自果糖的能量支持下也可以多撑一段时间。如果人类有这种天赋,就不会有那么多因为中风而瘫痪或死亡的悲剧了。

裸鼹形鼠的超能力之二,是极少得癌症。迄今没有发现任何一只野生裸鼹形鼠患癌(动物园饲养的发现过两例)。

不得癌的原因可能不止一条。首先,裸鼹形鼠的基因组里有许多抑癌基因比如 ARF 基因,而缺少那些跟癌症发生相关的基因。裸鼹形鼠的基因组里负责修复 DNA 的基因拷贝数高,核糖体能制造出基本零差错的蛋白质,还有着大量帮助其他蛋白质正确折叠的分子伴侣(molecular chaperone)蛋白。于是裸鼹形鼠的基因组和细胞状态都极其稳定。

其次,裸鼹形鼠细胞里有一种透明质酸聚合物,这种分子会触发一个特别强大的机制," 早期接触性抑制 ",细胞一旦 " 感觉太挤了 " 就会停止分裂。哪怕有细胞癌变,分裂几轮后也会造成细胞挨挤触发这种机制,癌细胞也就无法疯狂增殖了。

另外,裸鼹形鼠代谢率低,又长期处在低氧环境中,氧化损伤少。这也降低了裸鼹形鼠罹患癌症的几率。

凭着不得癌症这项超能力,裸鼹形鼠 2013 年被《科学》杂志评为 " 年度脊椎动物 "。图片来源:pacscilife.blogspot.com

在野外,只要不饿死,不患上传染病,不被天敌蛇吃掉,裸鼹形鼠轻轻松松就能活上 30 年。一般来说,动物体型越大,心跳越慢,活得也越长久。根据裸鼹形鼠的身型,它的寿命按理该在 6 年左右。然而裸鼹形鼠的寿命足足长出 5 倍。

而新研究显示,裸鼹形鼠不止活得长,似乎还不会老

无视时间的裸鼹形鼠。图片来源:inverse.com

裸鼹形鼠的超能力之三,不会老

衰老会导致生理机能减退,更常发生疾病与意外,从而也更容易死亡。衰老的特征之一就是死亡风险上升。青少年的死亡风险远低于老人,这是理所当然的事情。英国数学家本杰明 · 冈珀茨( Benjamin Gompertz)就发现,在一定岁数后,死亡率会随着年龄增长呈指数型上升。譬如人类就是 30 岁后每 8 年死亡风险翻一番。

几乎所有哺乳动物都遵循这条冈珀茨 - 麦克哈姆法则( Gompertz-Makeham   law)。除了裸鼹形鼠。

一般来说,100 只动物就足以观察到符合冈珀茨法则的死亡曲线。然而研究者罗谢尔 · 巴芬斯滕(Rochelle Buffenstein)记录了 3329 只裸鼹形鼠 30 多年来的数据,却发现裸鼹形鼠的死亡风险不随年龄增长而上升(甚至还略有下降)。在它们 6 个月大性成熟后,只要不被实验折腾死,裸鼹形鼠的工鼠的死亡风险就基本稳定在每天万分之一,女王的死亡风险甚至更低,在每天十万分之一左右。不管这只裸鼹形鼠是 1 岁大还是 15 岁大,死亡率都稳定在这个数字附近。如果同样的事情发生在人类身上,就意味着人类哪怕活到几百岁,死亡率也不会明显上升。

即使年纪渐长,裸鼹形鼠依然健康活跃,实验室里年龄最大的裸鼹形鼠已经活了 35 岁,而裸鼹形鼠女王到 30 岁仍可生育后代。

四种动物,马、人、小鼠、裸鼹形鼠在性成熟(红线 Tsex)后的死亡率随年纪变化曲线。图片来源:参考资料 1

为什么裸鼹形鼠不会老呢?还不清楚。我们只知道,这种动物不生癌症不怕痛,社会结构像昆虫,冷血变温像爬行类,利用果糖像植物,逃避衰老像伏地魔……即使地球生态崩坏,裸鼹形鼠大概也能跟蟑螂携手坚强活下去。倘若有朝一日人类转了它们的基因,癌症、中风、慢性疼痛、老龄化社会这些问题,没准就解决大半了。

滑动阅读参考文献:

1. Ruby, J. G., Smith, M., & Buffenstein, R. ( 2018 ) . Naked mole-rat mortality rates defy Gompertzian laws by not increasing with age. eLife, 7.

2. Park, T. J., Reznick, J., Peterson, B. L., Blass, G., Omerba š i ć , D., Bennett, N. C., ... & Applegate, D. T. ( 2017 ) . Fructose-driven glycolysis supports anoxia resistance in the naked mole-rat. Science, 356 ( 6335 ) , 307-311.

3. Gorbunova, V., Seluanov, A., Zhang, Z., Gladyshev, V. N., & Vijg, J. ( 2014 ) . Comparative genetics of longevity and cancer: insights from long-lived rodents. Nature Reviews Genetics, 15 ( 8 ) , 531.

4. Tian, X., Azpurua, J., Hine, C., Vaidya, A., Myakishev-Rempel, M., Ablaeva, J., ... & Seluanov, A. ( 2013 ) . High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature, 499 ( 7458 ) , 346.

5. Azpurua, J., Ke, Z., Chen, I. X., Zhang, Q., Ermolenko, D. N., Zhang, Z. D., ... & Seluanov, A. ( 2013 ) . Naked mole-rat has increased translational fidelity compared with the mouse, as well as a unique 28S ribosomal RNA cleavage. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 ( 43 ) , 17350-17355.

6. Researchers Find Yet Another Reason Why Naked Mole-Rats Are Just Weird. ( 2017 ) . NPR.org.   https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2017/04/20/524511231/researchers-find-yet-another-reason-why-naked-mole-rats-are-just-weird

7. Naish, D., & Naish, D. ( 2016 ) . African Mole Rats: So Much More Than Just the Naked Mole Rat. Scientific American Blog Network.   https://blogs.scientificamerican.com/tetrapod-zoology/african-mole-rats-so-much-more-than-just-the-naked-mole-rat/

8. Oxygen and Human Requirements. ( 2018 ) . Geography.hunter.cuny.edu. http://www.geography.hunter.cuny.edu/tbw/wc.notes/1.atmosphere/oxygen_and_human_requirements.htm

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