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缺氧会死?裸鼹鼠不同意

说到世界上最丑陋的动物,裸鼹鼠一定能获得名次。这种分布于非洲东部的啮齿动物,体长不过8~10厘米,体重一般在30~38克之间,身体没有毛,獠牙外露,皮肤起皱,并呈现粉红色或者淡黄色,看起来就像一根没有煮熟的腊肠。当科学家们最初发现它们时,以为是老鼠的变异体。

不过,这些丑陋的动物们却有一些惊人的本事。它们堪称是啮齿类动物的“寿星”,老鼠的平均寿命是3年,它们的寿命能达到约30年;裸鼹鼠虽然皮肤直接裸露在外,但由于缺乏哺乳动物中感觉疼痛的关键神经物质,当接触辣椒或者呆在酸性环境中时,它们不会感觉到疼痛;人类谈癌症色变,但它们却与癌症绝缘。

也许最不寻常的是,它们还能在没有氧气的环境中,存活很长时间。

能长时间“憋气

2017年,美国研究者曾做了一个实验。他们让四只裸鼹鼠呆在一个低氧的房间里,房间里氧气含量只有5%。如果一只老鼠呆在这种环境里,15分钟内就能毙命。但裸鼹鼠却非常顽强,没有表现出呼吸困难、嗜睡等缺氧不良反应。最终,五个小时后,观测到裸鼹鼠依旧没有出现任何问题后,科学家们终止了实验。

随后,为了测验裸鼹鼠的忍耐极限,研究者又将它们放到更极端的环境中。这一次,房间里的氧气全部被排出,氧浓度为0。在30秒后,裸鼹鼠失去了意识,18分钟后,裸鼹鼠心率从200次/分钟下降到50次/分钟,但它们依旧活着,身体器官正常运转。一旦将它们重新放到有氧环境中,几秒钟后裸鼹鼠就会清醒过来,身体机能恢复正常。

随后,研究者又做了一次实验,这次他们延长了裸鼹鼠在无氧环境中的时间,结果表明裸鼹鼠还是有忍耐极限的,当三只裸鼹鼠在无氧环境中呆了30分钟后,它们因缺氧而死。

尽管仍旧会死亡,但作为哺乳动物,裸鼹鼠这一能力让人震惊。大多数哺乳动物的细胞所需的能量,主要来源是葡萄糖的氧化,在氧气供应充足时,葡萄糖可以完全氧化,产生二氧化碳、水及能量。细胞利用这一过程所产生的能量,制造三磷酸腺苷,即细胞最主要的直接能量供应者,来完成各种生命活动,这就是为什么我们要呼吸。

所以,没有氧气,细胞就会无法代谢葡萄糖,就不能获得能量供应。特别是大脑细胞,大脑是一个巨大的耗能机器,会消耗非常多的葡萄糖,一旦血液中的氧气储备耗尽,神经元几乎会立刻死亡。

一般,人类在无氧环境中,1分钟后,脑细胞就会死亡,3分钟内,神经元大面积损伤,大约5分钟后,就会死亡。当然,如果人类经过特殊训练,可以憋气5分钟以上。如德国人汤姆·西塔斯在水下能憋气22分钟22秒,而在陆地上,人类目前的最好记录是10分钟。相比之下,裸鼹鼠还是技高一筹。

那么,裸鼹鼠又是如何能长时间“屏住呼吸”的呢?

如何做到?

实际上,裸鼹鼠生活的环境就非常缺氧。它们的生活习性类似蚂蚁,成群住在地下洞穴中,一窝裸鼹鼠数量能达到300多只,除了几只负责繁殖的雄鼠和一只肥硕的王后外,其余无论雌雄均为工鼠,负责寻找食物和挖洞。

由于洞穴密不通风,氧气消耗快,氧气含量能降低到只有8%~10%,在对付低氧的地下环境的过程中,裸鼹鼠进化出了许多适应这些环境的能力。一种方式是在缺氧环境中,它们的血红蛋白的粘稠度会增加,使得运送氧气的效率增加。而令科学家们想不到的是它们还有另外一种更特殊的方式—产生和消化果糖

就像葡萄糖一样,果糖也是一种糖,不过是一种植物糖,植物可以在没有氧气的情况下,将这种糖转化为供应细胞所需能量的来源,这一能量转化过程与酵母将糖转化为酒精的过程非常相似。

研究者发现,当裸鼹鼠缺氧时,它们会变成“植物”,身体血液内涌进大量的果糖,这时它们不再进行有氧呼吸,体内的特殊蛋白质和酶可以将果糖传递给心脏、大脑和其他器官,使细胞从分解果糖中获得能量。同时它们也会进入假死状态,脉搏和呼吸频率大幅减缓,能量需求降至最低。

其他的哺乳动物,比如人和老鼠,也可以在没有氧气的情况下代谢果糖,但只能以非常有限的方式——比如在肠道内,人类没法从储存在人体肾脏和肝脏中的果糖获得能量,必须首先将其转化成葡萄糖。然而,裸鼹鼠所有的器官都可以代谢果糖。

下一步,研究人员将弄清楚裸鼹鼠是如何获得果糖的。因为果糖并不是来自裸鼹鼠的饮食,它们很可能是裸鼹鼠自身合成的,而这一过程迄今为止还只是在植物中观察到。

在未来,后续的研究成果将有助于帮助心脏病或者中风患者,因为他们在发病时,往往会伴随着缺氧等症状,造成严重的脑损伤,而如果病人们也能像裸鼹鼠这样,不需要氧气也能代谢果糖来作为细胞能量来源,将能有效避免身体缺氧后导致的器官受损。

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