世上最丑的动物,拥有不会老的超能力

作者: 游识猷

来源: 果壳网我是科学家iScientist

发布日期: 2018-08-01

本文介绍了裸鼹鼠的独特生物特性,包括其耐缺氧能力、社会结构、抗癌能力以及长寿特性。裸鼹鼠能够在极端缺氧环境中生存,利用果糖作为能量来源,表现出极低的癌症发生率和稳定的衰老模式。这些特性使得裸鼹鼠成为生物学研究的理想模型,可能为人类医学带来新的启示。

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,正研究裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)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。

绿豆眼长龅牙、皱皮大肚、四肢细短、全身无毛……对于裸鼹鼠来说,可能只有它亲妈认为“You're Beautiful”。图片来源:inverse.com

科学家们把裸鼹鼠们放进去,打算一出现异状就停止实验。五个小时过去了,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。

科学家们直接使用了0%氧气环境。这次有了反应,裸鼹鼠们在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。裸鼹鼠的心跳还稳定在每分钟50次。

感谢小鼠!图片:slayallpest.com

缺氧10分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%复苏。缺氧18分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%复苏。缺氧30分钟,4只裸鼹鼠被移回普通空气里,100%……挂了。也就是说,裸鼹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。

裸鼹鼠是种神奇的动物。它的超能力之一,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。

帕克发现,尽管在有氧情况下,裸鼹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,裸鼹鼠就能把自己从“葡萄糖档”调到“果糖档”。裸鼹鼠的心、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。

裸鼹鼠生活在东非,它们在地下挖掘出纵横交错的隧道与洞穴。

东非当地许多植物会长出大型块茎,裸鼹鼠主要靠这些块茎为食。然而地底挖掘能量耗费巨大,大概是行走所耗费能量的3500倍,裸鼹鼠如果单兵作战,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,裸鼹鼠干脆放弃了保持体温。哺乳动物几乎都是恒温的,但裸鼹鼠这个奇葩例外。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,裸鼹鼠正是其中一种。

裸鼹鼠的超能力之二,是极少得癌症,迄今没有发现任何一只野生裸鼹鼠患癌。裸鼹鼠不得癌的原因可能有很多。首先,裸鼹鼠的基因组里有许多抑癌基因,而缺少那些跟癌症发生相关的基因。裸鼹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蛋白。于是裸鼹鼠的基因组和细胞状态都极其稳定。

其次,裸鼹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受挤压触发这种机制,癌细胞也就无法疯狂增殖了。

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

在野外,只要不饿死,不患上传染病,不被天敌蛇吃掉,裸鼹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。根据裸鼹鼠的身型,它的寿命按理该在6年左右。然而裸鼹鼠的寿命却足足长出5倍。

新研究显示,裸鼹鼠不止活得长,似乎还不会老。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)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·巴芬斯滕记录了3329只裸鼹鼠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。

为什么裸鼹鼠不会老呢?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,裸鼹鼠大概也能跟蟑螂携手坚强活下去。倘若有朝一日人类破解了裸鼹鼠的秘密,或许医治癌症、中风、慢性疼痛这些疾病的药就能有希望了。

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