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看到电影《美人鱼》末尾主角游来游去,我想,这不是水蛛的水泡嘛

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果壳 2021-04-15 23:55

2020年12月26日,“科普中国-我是科学家”第31期“科学真好玩”演讲现场,中国人民解放军总医院医学创新研究部副研究员王晓仍带来演讲:《在海滩上跑来跑去,我想串起科学的贝壳》。

以下为王晓仍演讲实录:

2020.12.26 北京

大家好,我是解放军总医院医学创新研究部的王晓仍。我是一名做基础研究的副研究员,同时也是一名猫奴。

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这就是我们家的大爷。它每天早上就用这种眼神盯着我,好像在跟我说,小王,好好干,今天的罐头就指着你了。

它确实是一只很聪明的猫,因为它很会讲策略。

生存策略是我一直挺关心的话题,因为小动物通常都有很多生存策略。

比如这只小动物,也就是我儿子,他也有一项策略:出门时,他特别爱让人抱,不抱就装睡。当爸妈的面对孩子的睡颜,通常都没什么抵抗力,因为对比他清醒时上房揭瓦的样子,你就觉得,睡着的他真是个天使。我就一次一次着了他的道。一旦抱回家,他马上生龙活虎地跳下来,就像一条被扔到岸上就装死的罗非鱼,扔回水里马上就游得像一道闪电。

再说回我的猫。为什么说它很有策略?因为他特别擅长识人。我的猫患有哮喘,它一直受哮喘、缺氧的困扰。我就想,它怎么知道我就是研究缺氧的?

对,我现在做的就是缺氧适应性方面的研究。

大家都知道,我们生存离不开氧气。但地球上早期并有没什么氧。大概26亿年前,地球上的氧气激增,一大群原本把氧气视为毒药的原核生物,不得不做出一些策略上的改变,因为改变不了它们就要死掉。后来,它们进化出了有氧代谢的功能,有了这个功能,氧气就从砒霜变成了蜜糖。我们在座每一位都要感谢这个技能点的加入。



线粒体是我们身体中一个非常重要的来自远古的馈赠,因为你的线粒体和你妈妈的妈妈的……妈妈的是一样的。

这个技能点是怎么加上去的?可能很早的时候,一种原始的真核生命的祖先,跟一种会用氧气的原核生命达成了共识,把这种原核细菌纳入到了自己的细胞里。时间长了,原核细菌就变成了它的细胞器,叫做线粒体。从此以后,我们的真核生命有了一种全新的生活方式,而原核细菌作为细胞器,也有了一个更加稳定安全的生活环境。

从这个角度看,我觉得这个细胞器特别像我的猫,跟我的猫一样聪明。我的猫当时被我临时收留后,赶也赶不走,就在我家里长待了下来。都说流浪猫养不住,因为它们适应了江湖的自由,而我家的猫因为自己有哮喘,需要我的帮助。现在,它在我们家已经创造了三个礼拜没有发作哮喘的记录了。

再说回线粒体。

咱们每个人的每个细胞中,都有300到400个线粒体,它们就像一个个产生能量的小发电厂。我站在这儿,你们坐在那儿,我看着大家,大家看着我,咱们每一个生命活动都要感谢线粒体,1万兆个线粒体就是1万兆个小发电厂在努力工作。

有了线粒体带给我们的便利,氧气就成了一个非常好用的东西。就像一个人一旦有了更多的闲钱,他的生活就会变得复杂,我们有了线粒体,就有了更多的能量,生命就可以进化出更复杂的形式,就有了寒武纪生命大爆发出现,然后一步步进化,到了现在的人类。

有一句话叫“由俭入奢易,由奢入简难”。我们适应、习惯了氧气,一旦没有氧气,生命就受不了了,缺氧几分钟就会出现一些黑视、意识模糊等情况。我们有时会在新闻里看到战机坠落的报道,通常是因为飞行员的供氧设备出了问题,飞行员在意识模糊的那一瞬间,可能会发生坠落的事故。

电影《美人鱼》末尾,主角在海里游来游去 | 《美人鱼》剧照

这个剧照来自星爷的贺岁片《美人鱼》。看到电影片尾男主角头上顶着这个硕大的气泡跟女主在海里浪漫地游,我当时乐了一下,想,这不就是水蛛的气泡嘛。

水蛛身上有好多很细小的绒毛,它还会吐出丝,用这些丝来聚集小水泡。

我们现在生活的环境里,有足够的氧气(足够的闲钱)来维持我们的生活,但在地球上,很多地方的氧气其实不够,这些地方的兄弟姐妹们就得想出自己的策略。

生活在水下的小生物水蛛,想的策略是:用它的小绒毛在水下制造了一个物理肺。

就像这张图,它就待在自己做的物理肺里面,就像乘坐了一个潜水艇,暂时解决了缺氧问题。

不过,水蛛这个办法在大型水生动物身上不是很好用,因为很难制造出那么大的水泡。那它们怎么办?

海象或者海豹的办法是让自己的身体里有更多血液。我们人类的血液大概只占身体的8%,但海豹海象它们的血液能够占到身体的18%甚至更多。除了血多了,海豹跟海象的血液里还有一种可怕的东西,一氧化碳。这要是换成人,就是煤气中毒,就要被送ICU了,但海象和海豹解决了这个问题,而且还利用这个办法用到了氧气。

另一种大型的水生动物,鲸。这是抹香鲸,是潜水的能手,它怎么解决水下用氧的问题?鲸鱼体内血液里红细胞个儿特别大,不仅大,还多。它有这么大个的红细胞,就能载更多的血红蛋白——血红蛋白不就是载氧气的嘛。

鲸肉 | Wikimedia Commons,STRONGlk7 / CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

鲸鱼不仅血液里的血红蛋白多,肌肉里的肌红蛋白含量也特别高。密密麻麻的肌红蛋白之间还有静电互斥,所以它的肌红蛋白也不会聚集在一起。大家可以想象一下鲸肉的颜色,黑红黑红的,有点像一块酱牛肉。

说到黑红色,最近在网上爆红的丁真的面孔,也是这样的颜色,不过颜值是很高的啦。刚才说鲸鱼用增加血红蛋白、增加红细胞的办法来解决缺氧的问题,其实这个办法人的身体也想到了。

如果你去高原旅行一段时间,刚去的时候可能会有严重高反,但在高原待上一个星期左右,你可能就会适应。那时候再看看自己的脸,可能脸上就会浮上两团高原红。

这是怎么回事?这时候,你身体里的红细胞完成了动员令,已经变多,就暂时解决了缺氧的问题。

不过,这个办法并非长久之策。在高原上待个三五年还可以,要待个十年八年甚至一辈子都贡献在高原上,问题就来了:增多的红细胞会让血变得粘稠。咱们人没有鲸鱼那么大个,也没有它那么有劲儿的心脏,对人的心脏来说,这些粘稠的血液会把它折磨生病。在高原待久了,很可能会得高血压心脏病

此时,你可能会疑惑,那些常年生活在高原的人,是不是都要得心脏病?

世界上有三大高原民族,分别是生活在南美洲的安第斯山脉的玻利维亚人、生活在非洲乞力马扎罗山的埃塞俄比亚人以及我们中国青藏高原的藏族人,这三大高原民族分别进化了不同的缺氧适应机制。

在这三大高原民族中,藏族在高原生活的时间最长,超过了1万年,而藏族人体内有一个很神奇的变化。

大家一看到丁真小哥帅气的脸,可能会想到很多其它热议的话题,但我第一次看到这张脸,冒出的第一个念头是:他体内应该有我关注的那种基因。因为我们刚好最近做了一个三代的测序,比较了一下藏族跟汉族人的基因差异,发现了一种特别有意思的基因。这种基因能够解决我们刚才说的那些难题,而且它的来源还挺古老。

丹尼索瓦人 | sciencemag.org, Maayan Harel

这张脸的颜值可能和丁真的颜值差距有点大,但他们两个人种之间,也就是藏族人和丹尼索瓦人之间,有些基因是一样的。丹尼索瓦人是已经灭绝的一种人类种群,是我们人类的近亲,从前还跟我们人类还有过基因交流,以前是交往过的。在那段时间,他们的一些基因就交流到了人类身上,于是这种基因在人类身上保存了下来。

一开始,这个基因很平淡,在居住于平原上的人身上没有体现出什么优势,慢慢就被淘汰掉了,所以在我们平原汉族人体内,这个基因突变型的频率非常低,但在藏族人体内高得不得了。

它什么样用?我们前期一些分析研究发现,这个基因型非常完美地解决了刚才说的难题,它可以让藏族人的红细胞不发生增生,让血红蛋白浓度不那么高,同时还保证了其它缺氧适应机制的发生。所以我们的丁真小哥在骑着他心爱的小马赛跑的时候,根本不用担心会得心脏病。

当然,对付缺氧,不仅仅是高原民族要面对的事儿。

这是活跃在东南亚海域的巴瑶族人,他们被称为“海上吉普赛人”。巴瑶族人有非常了不得的潜水本事,据说在水下一待就是10分钟,普通人在脸盆闷个1分钟就差不多了。

和藏族人一样,巴瑶族人这种缺氧耐受的本事也是写在基因里的。根据他们这种基因所表达出来的表型,他们有一个非常大的脾脏,几乎是正常人的两倍。人在潜水的时候,脾脏要收缩,这是为了把脾脏里储存的红细胞都挤到血液循环里,这样就有了更多的红细胞,在闭气的时候为我们所用。既然巴瑶族人的脾脏大一倍,那他们挤出的红细胞数量可想而知,所以他们超强的潜水本事从哪来也就不言而喻了。你看看这个机制,是不是挺像我们人民解放军,招之即来,来之能战,战之必胜。

我讲的这些可能有点杂,因为我本人爱好也挺广泛,看了很多很杂的书。

我很喜欢看历史书,是一个北洋海军史爱好者。看历史书的过程感觉像在看一部纪录片,在纪录片里,我可以穿越到这个场景下,去在主线之外,发掘我感兴趣的边边角角。

比如说,我曾在一个北洋海军军官的日记里发现了一个很有意思的点。别人关注的可能是他当时所在的威海卫保卫战多么惨烈,但我发现他得了一种非常少见的罕见病,多发性肌炎。

书里说,那位海军军官大病突来,卧病在床,全身痛痒一度生不如死,卧床两年后,痛痒症状逐渐减缓,初步“康复”……

这段病程描述引起了我的好奇,从“两膀骨节酸楚无力……自首自踵不能少动……痛处奇痛,痒处奇痒,既而又添喉痛,饮食俱废……继则遍身作痛,两手渐不仁,而竟至起卧需人……”,可以清晰地总结出“慢性起病,对称性四肢无力,以肩胛带肌无力为主,受累肌群包括咽喉带肌,常致吞咽困难;进行性肌无力,步行、举臂抬头困难,受累区皮疹伴剧烈瘙痒……”等一系列多发性肌炎/皮肌炎特异性症状。也多亏了他的文字表达能力非常准确,简直是教科书般的病程描述,再结合他的病史,我几乎可以做一个大胆的推测了。

另外,我还有一个发现——

那场著名的发生在黄海北部大东沟海域的甲午海战,镇远舰的舰长当时放弃了指挥,后来被李鸿章骂,说他胆小怕事。但我根据李鸿章的一些电文,还有他的一些行为表现发现,他实际上不是单纯的胆小怕事,而是得了抑郁症,在不到3个月的时间里,从稳健忠谨的分舰队司令,变成一个精神运动性激越的战斗应激者,出现抑郁症典型的“三低”(情绪低落、思维迟缓和意志减低)“三无”(无用、无助和无望)“三自”(自责、自罪和自杀)等特征,再梳理战前他的活动轨迹,发现有明显的舆论压力,再结合他本人性格,几乎可以梳理出他发病的行为变化过程。

讲了这么多,我觉得思维越来越跳跃了……从猫到缺氧,从美人鱼到水蛛,看到帅哥还能想到史前人类。其实长久以来,我就是这样的,还蛮享受这种状态。

不过,刚开始做科研的时候,我差点因为这种状态出了事故。当时导师给我定了一个题,是研究一种基因对心脏对心肌的一种损害,但我发现了很多其它有意思的点,一下子拐到旁路上,差点回不来,差点不能正常毕业。虽然最后结局还是蛮好的,另辟蹊径发现了基因的另外功能,但我觉得,这样的思考状态还需要斟酌。我很感谢导师当时很及时给我指出来,他告诉我——

“一个科学家不能面面俱到。就像一个在海边跑来跑去捡贝壳的小孩,最终还是需要把精力集中在几件贝壳上,因为要给大家拿出的是一件贝壳工艺品。”

不过,现在跟大家分享这些还是蛮开心的。希望我的故事能给大家带来快乐,也带来一定启发。

谢谢大家。

演讲嘉宾王晓仍:《在海滩上跑来跑去,我想串起科学的贝壳》 | 拍摄:Vphoto

王晓仍演讲视频:

作者:王晓仍

监制:吴欧

策划:吴欧 麦芽杨

编辑:麦芽杨 凝音

排版:凝音

校对:凝音

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