從竊取基因到再生肢體 不服輸的生命

大自然教給了人們很多東西。近日，《科學》雜誌探討了動物、植物和細菌在面對稀缺資源、捕食者和其他挑戰時，如何使用不同的彈性策略生存下去。

再生魔咒

人類應該嫉妒蠑螈。人體的再生能力是有限的：骨折、傷口癒合，大部分肝臟可以再生，但僅此而已。但是，一種被稱為「墨西哥行走魚」的大型蠑螈，看起來像一條20厘米長的有腿鰻魚，能夠再生全部肢體，甚至是尾巴，這意味著它能重新生長脊髓、脊骨和肌肉。

大約有30個研究小組正在探索蠑螈是如何做到這些的。

研究人員發現，蠑螈不同的組織能合作探測肢體損失和協調再生。在這個過程中，這種動物能激活那些在胚胎髮育期間形成結構的基因通路，導致幹細胞分化。

在動物王國中，蠑螈只是具有再生能力的動物之一。真渦蟲有更強的恢復能力——在失去90%的身體後依然能恢復。這種2厘米長的水生生物的一小部分就可以再生出大腦、皮膚、腸道和其他所有功能器官。

同樣，幹細胞是關鍵，而在真渦蟲肌肉中活躍的一組特殊基因會告訴這些幹細胞做什麼，並在正確的時間激活正確的細胞生長和分化。因此，真渦蟲幾乎可以「白手起家」開始重生，而蠑螈只有當主體保持完整時才可以重生。

今年，研究人員測序了這兩種物種的基因組，進一步研究了其再生能力背後的分子。最終希望：有一天，受傷的人類能進行同樣的修復。

偷基因求生

想像一下，一名住院的癌症患者肺部嚴重感染。當一種強大的抗生素源源不斷進入病人體內時，肺炎桿菌似乎是註定要失敗的。但它可以部署一種經過了數十億年的恢復策略：從另一個細胞中借用一個基因，使病原體得以存活。

當環境改變時，生物體要麼適應要麼死亡。肺炎桿菌和其他細菌通過從其他地方獲取基因，加速了適應過程。這種水平的基因轉移使這些細菌獲得了新特性——從在乳酪中茁壯成長到抗生素抗藥性。

研究人員認為肺炎桿菌從另一種尚未被確認的細菌中獲得了它的抗生素破壞基因blaKPC。帶有這種基因的肺炎桿菌會產生一種能分解幾種抗生素的酶。

就像自然界的許多恢復策略一樣，竊取基因也有代價。有時微生物會吸收有害基因而不是有益基因。就像籃球團隊剛吸納一名新隊員一樣，從獲得的基因中產生的蛋白質可能與細胞其他蛋白質不相吻合。但不幸的是，對病人來說，肺炎桿菌的策略效果很好：這些細菌殺死了40%到70%的感染人群。

松鼠的應急儲備

在美國南達科他州大草原上四處奔走，地松鼠會用狂吃的方式迎接冬天的來臨。當一隻松鼠在冬眠時，體重將會飆升40%，這要歸功於額外的脂肪。

在乾旱、遷徙、寒冷的冬天以及其他挑戰中，生物常常面臨資源匱乏困境。為了解決這一問題，松鼠和其他許多生物一樣，儲存以後要使用的資源。一天之內，它能在種子、蚱蜢和其他美味佳肴中獲得超過2%的體重。

但這種策略也有缺點。一隻矮胖的嚙齒動物更容易成為鷹或土狼的獵物。而且，這些應急儲備也會提前耗盡。因此，一旦一隻松鼠長到足夠胖，它就會進入冬眠，把能量消耗降低90%。這時，它的體溫降至略高於冰點，心率降至每分鐘5次，低於通常的350到400次。

脂肪的堆積需要代謝和行為的調整。但是，松鼠在某種程度上迴避了困擾肥胖人群的健康問題。雖然它發展出了2型糖尿病的一些代謝缺陷，但並沒有生病。到了春天，松鼠會又瘦又結實，準備重新開始這個循環。

植物也能打鬥

不像人們有雙腿，植物不能逃避它們不喜歡的東西——但它們在受到攻擊時卻表現出非凡的恢復力。野生煙草植物是北美地區一種1米高的植物，它能保護自己不受飢餓昆蟲的侵襲。

這種植物能感知到毛毛蟲唾液中的氨基酸化合物，並發出警報信號——即通過其莖和葉發出的液壓或電脈衝。幾分鐘之內，植物細胞就會加速產生尼古丁，這種毒素會干擾動物的肌肉功能。

當被攻擊時，野生煙草的一個葉片就可以產生相當於半盒香煙的尼古丁。但是一些毛毛蟲，比如天蛾，已經進化出了一種讓毒素通過腸道但不吸收它的方式，這就迫使野生煙草採取新對策。這些植物能產生阻礙消化和使毛蟲獃滯的化合物，以及損壞攻擊者口器的磨蝕物質。

與此同時，該植物還能通過發出一種氣味吸引毛毛蟲捕食者，然後發出化學信號引導這些捕食者捕捉已經遲鈍的獵物。此外，被圍困的植物還能重定向其資源，推遲開花和生長，直到毛毛蟲消失。令人驚奇的是，所有這些都不是由植物的中央大腦決定的，而是由散布在整個植物中的決策細胞決定的。

魚能切換性別

魚是繁殖恢復力的主人。在一生中，大約有450個魚類物種能改變性別，以使它們的後代數量最大化。

魚通過荷爾蒙的變化使它們的器官從一種性別轉變為另一種。性別轉換的模式因物種而異。大雌魚產的卵比小雌魚要多，因此對於某些物種，比如小丑魚，最好是在生命的早期階段當雄魚，然後再變成雌魚。但是，對於某些魚而言，雄性為了爭奪雌性或領地而互相爭鬥——比如石斑魚、海鯛以及棘鬣魚，雄魚體型過小就意味著沒有後代。因此，這些魚在幼年以雌魚為好。

現在，這種古老的策略允許海鯛等魚適應現代的挑戰，這種挑戰也擾亂了性別平衡：過度捕撈。漁民喜歡捕撈個頭較大的魚。因為一種性別通常比另一種性別體型更大，所以更容易被捕撈。但研究人員發現，海鯛已經準備好了。

為了使雄魚體型不要過大，一些雌魚會更早出現性別變化，因此兩性的平衡被保留下來。儘管如此，研究人員表示，這只是一種短期策略，而非長期解決方案。這一趨勢也意味著海鯛後代數量的減少。

無論如何，這種恢復力策略使魚類能夠繁衍後代，但它們不能完全靠自己拯救自己。（唐一塵編譯）

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