動(dòng)物的超能力

黃嵐

動(dòng)物的超能力令科學(xué)家們著迷

在這片被封得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)、毫無空氣的冰層中，一種非凡的動(dòng)物正在安靜地等待著，它已經(jīng)在水下屏住呼吸好幾個(gè)月了……終于，春日的溫暖來了，它伸了伸爪子，用嘴將周遭融化的冰雪推開，舒展著身體，把腦袋探出湖面，大大地飽吸了一口空氣。這就是西部錦龜。這種神奇的動(dòng)物能夠扛過極端的缺氧環(huán)境，而在同樣的條件下，人類只能夠存活幾分鐘。

憑著在無氧環(huán)境中超過100天的存活時(shí)長，錦龜現(xiàn)在仍舊占據(jù)著四條腿動(dòng)物中無氧生存的冠軍寶座。當(dāng)然，擁有令人瞠目結(jié)舌之能力的動(dòng)物遠(yuǎn)不止它們。綜觀整個(gè)動(dòng)物種群，這里面可真是群星薈萃：有的能夠幾乎完全再生內(nèi)臟;有的可以躲避衰老或是癌癥;有的沉睡數(shù)月也不會(huì)造成骨骼或肌肉的損耗;有的能夠減慢自身的生物學(xué)時(shí)間，甚至進(jìn)入“假死”狀態(tài)，并且承受住從冰凍到伽馬射線“轟炸”等各種極端條件的考驗(yàn)，真可謂具有夢(mèng)幻般的超能力！

憑著在無氧環(huán)境中超過100天的存活時(shí)長，西部錦龜現(xiàn)在仍舊占據(jù)著四條腿動(dòng)物中無氧生存的冠軍寶座。

人類是否可以借用動(dòng)物的一些超能力呢？例如讓進(jìn)入太空旅行的人們保持冬眠狀態(tài)。

我們?nèi)祟愂欠窨梢越栌闷渲械囊恍┠芰δ?？你也許會(huì)感覺有些科幻。但是，當(dāng)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些超能力是由我們?nèi)祟愐餐瑯訐碛械囊恍┗蚣吧镒饔盟纬傻臅r(shí)，這樣的可能性便大大提高了。固然，某些潛在的應(yīng)用，例如使進(jìn)入太空旅行的人們保持冬眠狀態(tài)，在現(xiàn)階段仍然是遙不可及的目標(biāo)。但是，有一些應(yīng)用性措施看起來還是很有可行性的，如在不冷凍的情況下對(duì)移植器官進(jìn)行保鮮，或是制定新的策略來應(yīng)對(duì)衰老及癌癥等。實(shí)際上，美國已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)旨在探索借鑒動(dòng)物的超能力以幫助戰(zhàn)場(chǎng)上受傷士兵康復(fù)的研究項(xiàng)目。另外，美國加州一家由谷歌公司支持的生物技術(shù)公司也聲稱，正在研究對(duì)抗衰老的新技術(shù)（見相關(guān)鏈接：停止計(jì)時(shí)）。

其實(shí)，這些動(dòng)物的驚人能力早已使科學(xué)家們著迷不已，但直到近些年，要想弄清它們適應(yīng)性的遺傳學(xué)原理仍舊是個(gè)棘手的課題。不過，隨著基因組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，這種情況發(fā)生了變化。基因組學(xué)技術(shù)揭示了動(dòng)物所有基因中所包含的指令，以及這些基因與體內(nèi)其他分子因響應(yīng)環(huán)境變化而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移活性?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在對(duì)越來越多的野生動(dòng)物進(jìn)行基因組測(cè)序，以便為揭示這些動(dòng)物的超能力打開生物學(xué)的新大門，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)的DNA及細(xì)胞的生化反應(yīng)過程，并集中精力開展進(jìn)一步研究。

無氧條件下紅耳滑龜?shù)慕^招

美國佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)的學(xué)者莎拉·彌爾頓的研究興趣是烏龜，尤其是烏龜?shù)拇竽X。盡管他們采用的實(shí)驗(yàn)物種并非無氧生存冠軍西部錦龜，而是一種叫紅耳滑龜?shù)牡?，但紅耳滑龜也可以在冰下無氧存活6周，室溫狀態(tài)可以無氧存活2天。這可真是一項(xiàng)大腦維護(hù)方面的非凡實(shí)例。要知道，大腦之所以消耗大量能量，就是為了保持其細(xì)胞內(nèi)外電荷的平衡。而當(dāng)氧氣供應(yīng)被切斷（如老人中風(fēng)）時(shí)，災(zāi)難性的腦停電便會(huì)發(fā)生：釋放跨細(xì)胞膜電荷的泵失效，從而破壞神經(jīng)元內(nèi)部的電平衡。這會(huì)使得過量的神經(jīng)遞質(zhì)被釋放，引發(fā)進(jìn)一步的電混亂及細(xì)胞死亡。矛盾的是，若在此時(shí)恢復(fù)氧氣供給，反而會(huì)使情況變得更糟，因?yàn)楫?dāng)能量被耗盡的細(xì)胞恢復(fù)發(fā)電時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生一種被稱為“活性氧”的有害副物質(zhì)，破壞并殺死更多的細(xì)胞。

為了在無氧條件下生存，紅耳滑龜自有絕招：一是改變自身新陳代謝，使其產(chǎn)生較少的活性氧;二是制造專門的蛋白質(zhì)來保護(hù)細(xì)胞免受傷害。其實(shí)人類也有類似的防御措施，不過人類是以不同的方式進(jìn)行。例如，當(dāng)缺氧造成的破壞發(fā)生后，人類自身會(huì)提高一些蛋白質(zhì)的產(chǎn)量，而紅耳滑龜則會(huì)不斷地制造蛋白質(zhì)?？茖W(xué)家認(rèn)為，這些相似之處對(duì)于我們來說是個(gè)好消息。因?yàn)檫@表明我們有機(jī)會(huì)調(diào)整自身的生物學(xué)機(jī)制，使其更像烏龜。同時(shí)，此研究潛在的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，還可擴(kuò)展到任何出現(xiàn)缺氧的情況，包括中風(fēng)及心臟病發(fā)作等的情形。

紅耳滑龜可以在冰下無氧存活6周。

樹蛙耐冰凍的策略

不僅是烏龜，還有一些動(dòng)物也有能夠耐受冰凍及解凍過程的超能力，其中的明星當(dāng)數(shù)生活在加拿大的一種樹蛙。這種樹蛙可以將自己近三分之二的身體凍結(jié)，并在加拿大嚴(yán)酷的冬天幸存下來。它們的身體凍結(jié)得非常牢固，以至于輕輕敲擊都會(huì)發(fā)出叮當(dāng)響的聲音。加拿大卡爾頓大學(xué)的學(xué)者肯·斯托里對(duì)此解釋道：即便身體凍結(jié)，但樹蛙體內(nèi)的生化反應(yīng)在-5℃時(shí)仍在進(jìn)行，只不過其速度只有正常的萬分之一。樹蛙存活的秘密在于它們能夠生成一種化學(xué)抗凍物質(zhì)，可阻止水分從細(xì)胞中被析出，以便在自身已經(jīng)被部分冰凍的情況下存活下來。

樹蛙的這種能力給了人類解決緊迫醫(yī)學(xué)問題以啟示。目前，醫(yī)學(xué)中有一項(xiàng)難題——用于移植手術(shù)的人體器官很難保存，因?yàn)槌Ｒ?guī)的冷凍保鮮措施會(huì)破壞人體器官。全球每年捐獻(xiàn)的所有心臟中約有三分之二都會(huì)因此浪費(fèi)掉。哈佛大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試用樹蛙的這種“部分凍結(jié)”策略來保護(hù)器官。

不過斯托里的研究方向與“部分凍結(jié)”有所不同，他的研究方向是探索在保持溫暖的狀態(tài)下降低自身代謝速度。斯托里的靈感來自于那些在非冰凍環(huán)境下可以將生物時(shí)間變慢的動(dòng)物。畢竟，在較高溫度下冬眠的生物中有哺乳動(dòng)物，其中還包括我們?nèi)祟惖慕H靈長類動(dòng)物。冬眠不但可以大大降低代謝速度，也能增加我們同時(shí)保留必要生物機(jī)制的可能性。斯托里及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，確實(shí)在這些動(dòng)物間存在著一個(gè)通用的“藍(lán)圖”，即細(xì)胞中一組可以減緩代謝速度的生化反應(yīng)。

為了喚醒人類冬眠的這一反應(yīng)過程，科學(xué)家們面臨的挑戰(zhàn)是：該過程打開及關(guān)閉的要素是什么？現(xiàn)在，該研究正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中，科學(xué)家們也在不斷取得研究進(jìn)展。以這種方式減慢生物學(xué)時(shí)間可以用以延遲某些傷害過程，如敗血癥、中風(fēng)和心臟病引起的身體病變等。最終，這種技術(shù)甚至可能使人類進(jìn)入深空探索成為現(xiàn)實(shí)。

科學(xué)家正在嘗試用樹蛙的這種“部分凍結(jié)”來保鮮人體器官，用于解決移植手術(shù)的人體器官保鮮問題。

加拿大的一種樹蛙可以將自己近三分之二的身體凍結(jié)，但樹蛙體內(nèi)的生化反應(yīng)在 -5℃時(shí)仍在進(jìn)行。

長壽裸鼴鼠的抗癌傳奇

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，這些神奇動(dòng)物所具備的超強(qiáng)適應(yīng)性往往對(duì)于它們其余的生理機(jī)能也具有連鎖反應(yīng)。例如，許多可以在無氧條件下存活或是可降低自身新陳代謝速度的生物，都有著異常長壽且似乎沒有衰老的生命。一個(gè)典型的例子便是裸鼴鼠。根據(jù)這種小嚙齒類動(dòng)物的體形，它們的壽命應(yīng)該不超過5年，但往往卻長達(dá)30年。直到現(xiàn)在，它們最終死亡的原因仍是一個(gè)謎。長期研究裸鼴鼠的生物學(xué)家羅謝爾·布芬斯坦承認(rèn)，自己至今并不了解這些小家伙到底死于什么。

裸鼴鼠雖然壽命長，但它們的生存條件卻并不怎么樣，甚至可以說是非常惡劣。這種小嚙齒類居住在含氧量極低的地下隧道中。它們挖過的泥土里含有有毒的重金屬，所吃的一些塊莖植物也有毒。不過，從好的方面來看，或許生活在地下也使得它們避免了捕食者的追逐和疾病的侵?jǐn)_。有學(xué)者認(rèn)為，正因?yàn)檫@樣，才使得裸鼴鼠不必參與生物間的競(jìng)爭(zhēng)便可以獲得繁衍機(jī)會(huì)，因此它們可以進(jìn)化出將更多的資源用于抵抗惡劣環(huán)境所造成的細(xì)胞損傷的生理機(jī)制。多年來，科學(xué)家們對(duì)于裸鼴鼠非凡的抵抗力做了許多測(cè)試，無論將它們或是它們的組織細(xì)胞暴露在紫外線、有毒化合物或是高劑量的化療藥物之下，這些裸鼴鼠們都不過是“聳一聳肩”，完全不受影響。

這樣強(qiáng)悍的抗逆能力還意味著它們似乎不會(huì)有衰老的困擾。隨著年齡的增長，裸鼴鼠的心臟功能、骨骼密度、肌肉量以及新陳代謝等都保持在較好的狀態(tài)，即便是30歲以上的雌性裸鼴鼠都還保持著極高的生育能力。而且，它們對(duì)于癌癥的抵抗能力可謂傳奇。在長達(dá)30年的研究中，布芬斯坦的團(tuán)隊(duì)檢查了2000多只死亡裸鼴鼠，其中僅有5例患癌癥。研究人員還將已知的致癌基因插入到裸鼴鼠的細(xì)胞中，這樣的試驗(yàn)在其他哺乳動(dòng)物身上會(huì)導(dǎo)致侵襲性腫瘤的生長，但裸鼴鼠卻不會(huì)中招。

為了充分探索裸鼴鼠的非凡能力，我們需要將其基因組進(jìn)行完整的測(cè)序?，F(xiàn)階段，這一研究還未全部完成，但科學(xué)家們正在努力，線索也逐漸出現(xiàn)。與紅耳滑龜不同，裸鼴鼠不會(huì)生成大量的抗氧化劑來對(duì)抗細(xì)胞受損，它們似乎能通過增強(qiáng)某些基因活性，從而阻止體內(nèi)受損細(xì)胞進(jìn)行分裂，以此避免更大的傷害。令人欣慰的是，人類也擁有類似的基因。另外，嚙齒類新陳代謝的不同尋常，也揭示了限制熱量飲食與長壽之間的關(guān)系。

對(duì)于裸鼴鼠的研究方興未艾，但還需要一些時(shí)間才能證明我們是否可以借鑒它們的能力來對(duì)抗衰老和癌癥。

研究人員還將已知的致癌基因插入到裸鼴鼠的細(xì)胞中，若在其他哺乳動(dòng)物身上會(huì)導(dǎo)致侵襲性腫瘤的生長，但裸鼴鼠卻不會(huì)中招。

蟒蛇的超強(qiáng)再生能力

蟒蛇具有特殊的超強(qiáng)再生能力。蟒蛇一般會(huì)餓上幾個(gè)月，然后一口氣吞噬掉整個(gè)獵物。為了節(jié)省能量，它們的內(nèi)部器官會(huì)在兩餐之間萎縮下去。美國得克薩斯州大學(xué)阿靈頓分校的學(xué)者托

德·卡斯托發(fā)現(xiàn)：在禁食期的蟒蛇體內(nèi)，其腸子看起來就像是一條空的小管子，但當(dāng)它進(jìn)食后，這些器官便會(huì)以爆炸式的速度得以重建。一天之內(nèi)，蟒蛇的小腸質(zhì)量就會(huì)增加一倍以上，其他器官包括肝臟、胰腺、心臟和腎臟都會(huì)腫脹一半以上。在進(jìn)食后24～48小時(shí)內(nèi)，其內(nèi)臟又會(huì)開始萎縮至饑餓狀態(tài)。整個(gè)過程在短短兩周內(nèi)就會(huì)被逆轉(zhuǎn)。

這種戲劇性變化的基礎(chǔ)來自于基因活性的爆發(fā)?？ㄋ雇袨榇吮容^了進(jìn)食前后蟒蛇體內(nèi)不同器官在不同時(shí)間段內(nèi)的基因活性?？梢灶A(yù)見的是，許多基因都參與了這一再生長過程。但引起卡斯托注意的是那些通常可以幫助保護(hù)細(xì)胞免受壓力的基因，這些基因在以前被認(rèn)為只與癌癥和衰老相關(guān)。但最新研究發(fā)現(xiàn)，在生長基因保持打開的狀態(tài)下，關(guān)閉這些應(yīng)激反應(yīng)基因，似乎就會(huì)觸發(fā)蟒蛇體內(nèi)的器官再次收縮。這就像是一種后門開關(guān)，是調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物再生生長的關(guān)鍵。

那么，是什么控制了這種奇特的反應(yīng)？答案似乎存在于蟒蛇的血液內(nèi)。研究人員將血漿從最近喂食的蟒蛇體內(nèi)取出，加入到培養(yǎng)皿中的大鼠細(xì)胞內(nèi)，這些細(xì)胞便會(huì)經(jīng)歷一段生長過程，并啟動(dòng)與激活蟒蛇細(xì)胞的基因類似的基因組。這表明，無論是什么物質(zhì)信號(hào)激活了蟒蛇的器官再生，它在哺乳動(dòng)物的細(xì)胞內(nèi)同樣可以得到回應(yīng)?，F(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)正在探索這一神秘信號(hào)的蹤跡?？ㄋ雇姓J(rèn)為，就算人們永遠(yuǎn)也不會(huì)想要一種能使自己每個(gè)器官都異常生長的藥物，但利用蟒蛇的特殊能力，我們依舊可以在再生特定器官，或是在阻止腫瘤生長等方面看到光明的研究前景。

蟒蛇具有特殊的超強(qiáng)再生能力。蟒蛇一般會(huì)餓上幾個(gè)月，然后一口氣吞噬掉整個(gè)獵物。當(dāng)它進(jìn)食后，這些器官便會(huì)以爆炸式的速度得以重建。

除了揭示與模仿這些神奇動(dòng)物的超級(jí)能力之外，類似的研究還能帶給我們更多的益處。例如，研究某些動(dòng)物的極強(qiáng)適應(yīng)性，也為我們提供了一個(gè)研究自身生物特性的獨(dú)特窗口。研究人員正在從蟒蛇的研究中獲得啟發(fā)，以便更好地了解進(jìn)食后人類的生理變化，以期獲得有關(guān)糖尿病和肥胖癥等疾病的更多信息。

不僅如此，這些自然界中的神奇動(dòng)物還可以幫助我們了解生命的能力到底有多強(qiáng)。從這般新穎甚至有些奇怪的角度去重新認(rèn)識(shí)一些基礎(chǔ)生物學(xué)的東西，是非常有價(jià)值并頗具前途的。

相關(guān)鏈接：停止計(jì)時(shí)

沒有什么動(dòng)物能像水熊蟲這樣極端，它們的耐受與恢復(fù)力幾乎可以抗衡時(shí)間。當(dāng)面臨脫水時(shí)，這些微小的六足蟲會(huì)將其新陳代謝減慢到幾乎無法檢測(cè)到生命跡象的狀態(tài)，即科學(xué)家們所說的“假死”狀態(tài)。這樣，不管是伽馬射線、極端環(huán)境溫度，還是外太空的真空環(huán)境，甚至是隨著飛行器墜落月球，它們都可能幸存下來。這些緩步動(dòng)物減慢生物時(shí)間的能力啟發(fā)了美國國防高級(jí)研究計(jì)劃署的科學(xué)家們，并建立了一個(gè)名為“生物停滯”的研究計(jì)劃，其目的在于為戰(zhàn)斗中受傷的士兵爭(zhēng)取救治時(shí)間。畢竟，在“黃金時(shí)間”內(nèi)得到治療，是讓這些士兵生存機(jī)會(huì)最大化的一個(gè)希望。

美國國防高級(jí)研究計(jì)劃署的科學(xué)家們希望找到能夠減慢生物時(shí)間的各種動(dòng)物間共有的生物過程，從緩步動(dòng)物到冬眠的熊，研究人員掌握了阻止驅(qū)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)新陳代謝的蛋白質(zhì)活性的能力。接著，他們又標(biāo)記了動(dòng)物中達(dá)成該過程的三種方式，并向所有學(xué)者發(fā)起號(hào)召，希望他們能夠成功模仿這些過程。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在嘗試制造一種新藥，可以將蛋白質(zhì)鎖定為非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)而復(fù)制產(chǎn)生伴侶蛋白來進(jìn)行生物活動(dòng)。第二個(gè)研究小組則正在開發(fā)一種能在細(xì)胞內(nèi)部鏈接成晶格的分子，從而排擠蛋白質(zhì)，使之減慢代謝活性。其他團(tuán)隊(duì)則在尋求第三種辦法，即迫使緩步動(dòng)物產(chǎn)生大量的無序蛋白質(zhì)，借此既能夠充當(dāng)伴侶蛋白，又能擠占其他蛋白質(zhì)的空間。

要想將這些研究進(jìn)展轉(zhuǎn)化為藥物將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)?！吧锿庇?jì)劃正在逐步進(jìn)行中，科學(xué)家們希望在每一個(gè)階段都能獲得有用的技術(shù)。例如，當(dāng)研究人員掌握了第一步，即在室溫下穩(wěn)定單個(gè)蛋白質(zhì)的技術(shù)時(shí)，便可以幫助開發(fā)不需要冷藏的疫苗和抗體療法，這對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)來說是個(gè)福音。接下來，減慢全細(xì)胞的生物活性可以用于延長獻(xiàn)血的保存期限。

最后，當(dāng)減緩組織或整個(gè)動(dòng)物的生理過程得以實(shí)現(xiàn)之時(shí)，不僅可以用于減少戰(zhàn)場(chǎng)上傷員的出血，阻止死亡及敗血癥的發(fā)生，還可以用于民用領(lǐng)域，減少心臟病發(fā)作及中風(fēng)造成的傷害?？茖W(xué)家對(duì)此充滿信心。

水熊蟲擁有可以進(jìn)入假死狀態(tài)的能力。