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缺氧18分钟不挂,一妻多夫,不会老……除了变漂亮,它干什么都行!

作者:果壳网 来源:果壳网 公众号
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02-26

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。


实验室中的裸鼹形鼠  图片来源:newscientistFrans Lanting/Corbis


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。


15分钟之后跟裸鼹形鼠体型差不多的小鼠死亡,而裸鼹形鼠们则没有任何异常。5小时过去了,“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。


裸鼹形鼠大多生活在空气稀薄的地底洞穴里  图片来源:ferrebeekeeper.wordpress.com


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。


神奇的裸鼹形鼠


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,可能只有它亲妈认为它很漂亮。图片来源:Frans Lanting/Corbis


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1只“女王”和1到3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


虽然裸鼹形鼠的这些特点已经如此独特了,但跟它的“三大超能力”比起来,还不算什么。


裸鼹形鼠的三大超能力


01

耐缺氧环境。


因为裸鼹形鼠居住的地下通风差,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。

通常情况下,人体从葡萄糖里直接获取能量,在缺氧时只能勉强将葡萄糖酵解   图片来源:dgpuji.com.cn


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。

02

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)。极少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


03

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规律,除了裸鼹形鼠


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


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。


就算到了30岁,裸鼹形鼠女王仍然可以生育  图片来源:ARKive


为什么裸鼹形鼠不会老呢?我们现在还不是很清楚,还需要更加深入的研究。虽然以我们人类的审美来说,这个皱巴巴的小东西算不上好看,但是在大自然中,万物平等,美与丑只是标准不同罢了。或许在我们看来它很渺小,但是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……没准当地球生态崩坏,人类灭亡之后,裸鼹形鼠还能跟蟑螂携手坚强活下去吧。


一个AI

 

你们人类会变老也不用难过,毕竟不同的年纪有不同的丑法,能变着样的丑,还挺有新鲜感的……


参考资料

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., Omerbašić, 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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