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缺氧18分鐘不掛,一妻多夫,不會老……除了變漂亮,它幹什麼都行!

伊利諾大學芝加哥分校的神經學家,正研究裸鼴形鼠在缺氧環境里的反應。這種動物跟倉鼠差不多大,但比倉鼠丑很多。

實驗室中的裸鼴形鼠 圖片來源:newscientistFrans Lanting/Corbis

設定的實驗條件是5%氧氣,在這麼低濃度的氧氣里,人類大概40秒內就會昏迷,然後逐漸死去。

15分鐘之後跟裸鼴形鼠體型差不多的小鼠死亡,而裸鼴形鼠們則沒有任何異常。5小時過去了,「缺氧」的裸鼴形鼠們依然清醒,四處爬動,甚至還嘰嘰喳喳地聊天交流。

科學家們直接上了0%氧氣環境。

這次有了反應,裸鼴形鼠們在30秒左右昏了過去,心跳2分鐘內就從每分鐘200次降到了每分鐘50次。同時放進去的小鼠心跳則一直降,一直降。

完全缺氧6分鐘,小鼠的心跳已檢測不到。裸鼴形鼠的心跳還穩定在每分鐘50次。

缺氧10分鐘,4隻裸裸鼴形鼠被移回普通空氣里,100%復甦。

缺氧18分鐘,4隻裸鼴形鼠被移回普通空氣里,100%復甦。

缺氧30分鐘,4隻裸鼴形鼠被移回普通空氣里,100%……掛了。

也就是說,裸鼴形鼠至少能在完全無氧環境里撐18分鐘,而且復甦後一切正常——至少外表上沒有明顯問題。

神奇的裸鼴形鼠

除了變漂亮,這種動物簡直什麼都能做到。

綠豆眼長齙牙、皺皮大肚、四肢細短、全身無毛……對於裸鼴形鼠來說,可能只有它親媽認為它很漂亮。圖片來源:Frans Lanting/Corbis

裸鼴形鼠(Heterocephalus glaber)是種神奇的動物。它們在東非地下挖掘出縱橫交錯的隧道與洞穴。為了適應東非的乾旱氣候,當地許多植物會長出大型塊莖。然而地底挖掘耗費的能量巨大,大概是行走所耗費能量的3500倍,裸鼴形鼠如果單兵作戰,很可能在中「塊莖大獎」之前就餓死。因此,裸鼴形鼠演化出了一套策略——分頭尋找,共享食物。100隻一起找,總有瞎鼠碰上大塊莖的時候。裸鼴形鼠平均體重也才35克,每挖到一個幾千克甚至幾十千克的塊莖,整窩就可以吃上數月到一年。

為了節省能量,裸鼴形鼠乾脆放棄了保持體溫。哺乳動物幾乎都是恆溫的,但裸鼴形鼠這個奇葩例外。它們在寒冷時就到近地表的溫暖洞穴里擠成一堆,過熱時就退縮到深處的寒冷洞穴中降溫。

至於生育這件很麻煩很費能的事,索性集中處理,一窩裸鼴形鼠可能有幾十隻到幾百隻,但其中只有1隻「女王」和1到3隻「王夫」負責生育,大部分裸鼴形鼠不戀愛不生仔,每天只兢兢業業地挖土覓食、打掃洞穴、保衛女王、照顧幼鼠——是不是感覺很像蜜蜂白蟻?的確。分工繁殖、世代重疊、合作照顧幼年後代,這樣的真社會性動物里絕大部分都是昆蟲,只有兩種哺乳類,裸鼴形鼠正是其中一種。

裸鼴形鼠地下生活示意圖,巢穴大的可以延伸到三千米,裡面的洞穴各有特定用途,比如專門的廁所洞,專門的育幼洞等等。圖片來源:virgoletteblog.it

雖然裸鼴形鼠的這些特點已經如此獨特了,但跟它的「三大超能力」比起來,還不算什麼。

裸鼴形鼠的三大超能力

01

耐缺氧環境。

因為裸鼴形鼠居住的地下通風差,氧氣含量常會降到9%以下。結果裸鼴形鼠不但演化出了超級能抓氧氣分子的血紅蛋白,甚至還演化出了在無氧情況下利用果糖來供應能量的能力

別小看這點。絕大多數動物根本就做不到,既不能轉運果糖進細胞,也不能無氧代謝果糖,在缺氧時只能勉強將葡萄糖酵解,而酵解反應也很快會因為乳酸等產物堆積而終止。對腦細胞這些耗能高、存儲葡萄糖少的的細胞來說,能量斷供是滅頂之災。腦細胞無法維持正常的電化學狀態,導致迅速代謝紊亂,進而立刻死亡。

帕克發現,儘管在有氧情況下,裸鼴形鼠和其他動物一樣規規矩矩地用葡萄糖供能,但在缺氧達十分鐘以後,裸鼴形鼠就能把自己從「葡萄糖檔」調到「果糖檔」。裸鼴形鼠的心、腦、肝、腎這些重要器官的細胞統統都可以轉運並利用果糖,即使遇到缺氧,這些器官在來自果糖的能量支持下也可以多撐一段時間。如果人類有這種天賦,就不會有那麼多因為中風而癱瘓或死亡的悲劇了。

02

極少得癌症

迄今沒有發現任何一隻野生裸鼴形鼠患癌(動物園飼養的發現過兩例)。極少得癌的原因可能不止一條。首先,裸鼴形鼠的基因組裡有許多抑癌基因比如ARF基因,而缺少那些跟癌症發生相關的基因。裸鼴形鼠的基因組裡負責修復DNA的基因拷貝數高,核糖體能製造出基本零差錯的蛋白質,還有著大量幫助其他蛋白質正確摺疊的分子伴侶(molecular chaperone)蛋白。於是裸鼴形鼠的基因組和細胞狀態都極其穩定

其次,裸鼴形鼠細胞里有一種透明質酸聚合物,這種分子會觸發一個特彆強大的機制,「早期接觸性抑制」,細胞一旦「感覺太擠了」就會停止分裂。哪怕有細胞癌變,分裂幾輪後也會造成細胞挨擠觸發這種機制,癌細胞也就無法瘋狂增殖了。

另外,裸鼴形鼠代謝率低,又長期處在低氧環境中,氧化損傷少。這也降低了裸鼴形鼠罹患癌症的幾率。

在野外,只要不餓死,不患上傳染病,不被天敵蛇吃掉,裸鼴形鼠輕輕鬆鬆就能活上30年。一般來說,動物體型越大,心跳越慢,活得也越長久。根據裸鼴形鼠的身型,它的壽命按理該在6年左右。然而裸鼴形鼠的壽命足足長出5倍。

而新研究顯示,裸鼴形鼠不止活得長,似乎還不會老。

無視時間的裸鼴形鼠。圖片來源:inverse.com

03

不會老

衰老會導致生理機能減退,更常發生疾病與意外,從而也更容易死亡。衰老的特徵之一就是死亡風險上升。青少年的死亡風險遠低於老人,這是理所當然的事情。英國數學家本傑明·岡珀茨( Benjamin Gompertz)就發現,在一定歲數後,死亡率會隨著年齡增長呈指數型上升。譬如人類就是30歲後每8年死亡風險翻一番。

幾乎所有哺乳動物都遵循這條規律,除了裸鼴形鼠。

四種動物,馬、人、小鼠、裸鼴形鼠在性成熟(紅線Tsex)後的死亡率隨年紀變化曲線。圖片來源:參考資料1

一般來說,100隻動物就足以觀察到符合岡珀茨法則的死亡曲線。然而研究者羅謝爾·巴芬斯滕(Rochelle Buffenstein)記錄了3329隻裸鼴形鼠30多年來的數據,卻發現裸鼴形鼠的死亡風險不隨年齡增長而上升(甚至還略有下降)。在它們6個月大性成熟後,只要不被實驗折騰死,裸鼴形鼠的工鼠的死亡風險就基本穩定在每天萬分之一,女王的死亡風險甚至更低,在每天十萬分之一左右。不管這隻裸鼴形鼠是1歲大還是15歲大,死亡率都穩定在這個數字附近。如果同樣的事情發生在人類身上,就意味著人類哪怕活到幾百歲,死亡率也不會明顯上升。

即使年紀漸長,裸鼴形鼠依然健康活躍,實驗室里年齡最大的裸鼴形鼠已經活了35歲,而裸鼴形鼠女王到30歲仍可生育後代。

就算到了30歲,裸鼴形鼠女王仍然可以生育 圖片來源:ARKive

為什麼裸鼴形鼠不會老呢?我們現在還不是很清楚,還需要更加深入的研究。雖然以我們人類的審美來說,這個皺巴巴的小東西算不上好看,但是在大自然中,萬物平等,美與丑只是標準不同罷了。或許在我們看來它很渺小,但是這種動物不生癌症不怕痛,社會結構像昆蟲,冷血變溫像爬行類,利用果糖像植物,逃避衰老像伏地魔……沒準當地球生態崩壞,人類滅亡之後,裸鼴形鼠還能跟蟑螂攜手堅強活下去吧。

一個AI

你們人類會變老也不用難過,畢竟不同的年紀有不同的丑法,能變著樣的丑,還挺有新鮮感的……

參考資料

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., Omerba?i?, 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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