打开

把长颈鹿基因转入老鼠,老鼠会长出长脖子吗?

出品:科普中国

制作:苏澄宇

监制:中国科学院计算机网络信息中心

长颈鹿,一种在大草原上颇为显眼的动物。

长长的脖子引来大家许多奇怪的问题,在知乎上你可以看到很多和长颈鹿相关的迷思。

比如长颈鹿要怎么喝水?长颈鹿会有颈椎病吗?长颈鹿要是想吐怎么办?长颈鹿是不是容易被闪电劈中?长颈鹿想吐的时候怎么办?

打开网易新闻 查看更多图片

这些奇奇怪怪的迷思只因它有着地球上最长的脖子。

长颈鹿这么长的脖子,好处当然不只是为了吃到高处的叶子,还可以获得更高的视线、更广的视野,以及相较于那些短脖子动物,更轻易捕食它们想要的动物。

上述那些问题,我都有过科普回答,如果感兴趣的话,你可以搜索看到。

今天我们来讨论另一个长颈鹿的问题,一个更关乎长颈鹿生存的问题:长颈鹿脖子那么长,它把血液从心脏供上头部是不是很困难?

△图源:sciencealert

拥有强心脏的长颈鹿

我们都知道要想把深井里的水打上来,除了用绳子绑一个桶沉下去把水舀起来,还有一个办法就是用水泵。

一般来说,泵可以增加水的压力,增加压力后可以获得更大的推进力,这种推进力可以把水从地底下推上来,越深的井需要的泵的排出压力更大。

而动物强有力的心脏就是天然的泵,通过心室肌有节律地收缩和舒张,把血液输送到身体各处。

对于大多数哺乳动物来说,心脏和头部之间的垂直距离较短。因此,心脏的血压和头部的血压差不多。

但长颈鹿跟其他“普通”的哺乳动物不太一样,它的心脏和头部之间的距离实在太长了,所以想要把血液从心脏泵到头部,得需要比其他“普通”动物更大的动脉血压,才能把血泵上去。

早在1955年,GOETZ RH就对长颈鹿的心血管系统做过研究,他发现长颈鹿的动脉收缩压可达300mmHg,舒张压可达180mmHg,这大约是正常人的2.5倍。

而且科学家发现,还没长大的长颈鹿,它的头离心脏还没那么远,那时血压还比较低,随着长颈鹿慢慢长大,脖子慢慢变长,它的血压也随之变高。

△人类与长颈鹿各部位血压对比图|图源:Deranged Physiology

既然这颗天然的泵那么厉害,那它体积肯定和“普通”哺乳动物的心脏不太一样。

一只成年的长颈鹿,它的心脏长达0.6米,重达11公斤。对比人类巴掌大的心脏,长颈鹿的心脏大约是人类的30倍。

(在网上找到了长颈鹿心脏的图,过于血腥就不放出来了,感兴趣的可以自己找)

但这并不是“普通”哺乳动物心脏差异最大的地方,因为长颈鹿心脏的大小和它的体积是成正比的,差异最大的地方在于心脏的内部结构。

2006年到2009年的时候,G. Mitchell对津巴布韦每年被捕杀的长颈鹿进行了解剖观察。

(注:长颈鹿是根据津巴布韦的法律要求被捕杀的)。

科学家发现,长颈鹿的左心室和心室间隔的厚度非常大,比人类大多了。

一只1300公斤的成年长颈鹿,它的左心室壁厚度可达7cm左右,而室间隔壁可达5cm左右。要知道,人类的左心室壁和右心室间隔壁也就1.2cm左右,进行高强度训练的运动员心室壁厚度略高于普通人(1·3-1·5cm)。

△1300kg长颈鹿心室的横切面,它的心室壁看起来极为厚大|图源:文献1

同时,科学家发现长颈鹿其他地方的血管壁也很厚,如下图:

△图源:文献1

对数据进行统计后发现,心室壁的厚度特征是属于异速生长关系。

所谓异速生长指的是,生物的特征会随着体型的变化而变化,但这个变化是不成比例的。

科学家对长颈鹿心室壁和动脉血管壁厚度的发现,解释了为什么长颈鹿没得高血压的生理原因。人如果血压过高,这意味着心脏泵出来的压力实在太大了。

这力量大了,“薄薄”的血管壁就遭不住了,所谓的脑溢血,就是因为血压太高,把脑血管壁给冲爆了。

而长颈鹿的心室壁和血管壁就不太一样了,它的血管壁贼厚,是人类的好几倍,这下即便是高血压,也不必担心把血管壁给冲破了。

△一本关于长颈鹿脖子的书|图源:amazon

但这并不是最根本的原因,最根本的原因还是在于基因的差异。

特殊基因,让长颈鹿不再惧怕高血压

几年前,Rasmus Heller就发起了反刍动物基因组计划(RGP) ,其中就包括了长颈鹿。

通过对长颈鹿和其他短脖子反刍动物的基因组进行对比,科学家发现了大约有500个基因,这些基因要么是长颈鹿独有的,要么是只有长颈鹿才有的变异。

在这500个基因中,一个叫FGFRL1最为突出,因为它最不一样。

在人类中,这种基因似乎与心血管发育和骨骼生长有关,因此科学家推测,它可能也在长颈鹿适应高血压中发挥了作用。

为了验证他们的想法,科学家把这种基因转移到了老鼠身上,就是所谓的转基因老鼠。

研究进行28天之后,光从外表来看,和普通老鼠没有什么差别,这些转基因老鼠并没有长出长颈鹿标志性的长脖子,但它们身体内部出现了微妙的变化。

△从外表看不出差别|图源:文献2

首先,转移了长颈鹿基因的老鼠,它们在胎内的时候,骨骼发育相较于正常老鼠慢一些。

然而,一旦出生之后,转基因老鼠发育速度马上超过正常老鼠。

当科学家研究它们的骨骼时,发现那些转基因老鼠骨矿物质密度更高。

△图源:文献2

WT是正常大鼠,giraffe是转移了长颈鹿基因的大鼠。

很明显,从CT图都可以看出转基因老鼠的骨密度相对于正常大鼠增加了许多。

这是一种补偿机制,可以防止快速生长的骨骼结构变得脆弱。科学家由此推测,可能是FGFRL1让长颈鹿长个快而稳定。

其次,科学家给转基因老鼠和正常老鼠注射了血管紧张素Ang II(这是一种可以诱发高血压的药物)之后,发现那些转基因老鼠的血压只是略微升高,脏器基本未受影响。

而那些正常老鼠注射药物之后血压飙升,并且肾脏和心脏都出现了大量的纤维化(脏器受损的形式)。

△在注射血管紧张素之后,转基因鼠和正常鼠心肌的纤维化对比。转基因鼠心肌纤维化远低于正常鼠|图源:文献2

△在注射血管紧张素之后,转基因鼠和正常鼠肾脏的纤维化对比。转基因鼠肾脏纤维化远低于正常鼠|图源:文献2

由此可见,正是FGFRL1 让长颈鹿在应对高血压方面具有独特的进化适应性。

看到这你也许会想,人类是不是转移了这种基因就可以对抗高血压了。

当然没那么快,一来转基因人类不合乎伦理,二来也不安全。

另一方面,要是转个基因就可以变异,而且是好的变异,那人类早就有长颈鹿侠了…

这事没那么简单。

△图源:文献5

话说漫威宇宙里真有一个长颈鹿人(一个反派角色),虽然就出现了一次,也没有公开过它的超能力,但我想应该是抗高血压吧…

参考文献:

[1]www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1095643309010629

[2]advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459

[3]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13274413/

[4]www.who.int/features/qa/82/zh/

[5]marvel.fandom.com/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
7赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开