動物的超能力

黃嵐

動物的超能力令科學家們著迷

在這片被封得嚴嚴實實、毫無空氣的冰層中，一種非凡的動物正在安靜地等待著，它已經在水下屏住呼吸好幾個月了……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。這種神奇的動物能夠扛過極端的缺氧環境，而在同樣的條件下，人類只能夠存活幾分鐘。

憑著在無氧環境中超過100天的存活時長，錦龜現在仍舊占據著四條腿動物中無氧生存的冠軍寶座。當然，擁有令人瞠目結舌之能力的動物遠不止它們。綜觀整個動物種群，這里面可真是群星薈萃：有的能夠幾乎完全再生內臟;有的可以躲避衰老或是癌癥;有的沉睡數月也不會造成骨骼或肌肉的損耗;有的能夠減慢自身的生物學時間，甚至進入“假死”狀態，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，真可謂具有夢幻般的超能力！

憑著在無氧環境中超過100天的存活時長，西部錦龜現在仍舊占據著四條腿動物中無氧生存的冠軍寶座。

人類是否可以借用動物的一些超能力呢？例如讓進入太空旅行的人們保持冬眠狀態。

我們人類是否可以借用其中的一些能力呢？你也許會感覺有些科幻。但是，當科學家們發現這些超能力是由我們人類也同樣擁有的一些基因及生物作用所形成的時，這樣的可能性便大大提高了。固然，某些潛在的應用，例如使進入太空旅行的人們保持冬眠狀態，在現階段仍然是遙不可及的目標。但是，有一些應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移植器官進行保鮮，或是制定新的策略來應對衰老及癌癥等。實際上，美國已經啟動了一項旨在探索借鑒動物的超能力以幫助戰場上受傷士兵康復的研究項目。另外，美國加州一家由谷歌公司支持的生物技術公司也聲稱，正在研究對抗衰老的新技術（見相關鏈接：停止計時）。

其實，這些動物的驚人能力早已使科學家們著迷不已，但直到近些年，要想弄清它們適應性的遺傳學原理仍舊是個棘手的課題。不過，隨著基因組學技術的出現，這種情況發生了變化。基因組學技術揭示了動物所有基因中所包含的指令，以及這些基因與體內其他分子因響應環境變化而產生的轉移活性。現在，科學家們正在對越來越多的野生動物進行基因組測序，以便為揭示這些動物的超能力打開生物學的新大門，發現其相關的DNA及細胞的生化反應過程，并集中精力開展進一步研究。

無氧條件下紅耳滑龜的絕招

美國佛羅里達大西洋大學的學者莎拉·彌爾頓的研究興趣是烏龜，尤其是烏龜的大腦。盡管他們采用的實驗物種并非無氧生存冠軍西部錦龜，而是一種叫紅耳滑龜的淡水龜，但紅耳滑龜也可以在冰下無氧存活6周，室溫狀態可以無氧存活2天。這可真是一項大腦維護方面的非凡實例。要知道，大腦之所以消耗大量能量，就是為了保持其細胞內外電荷的平衡。而當氧氣供應被切斷（如老人中風）時，災難性的腦停電便會發生：釋放跨細胞膜電荷的泵失效，從而破壞神經元內部的電平衡。這會使得過量的神經遞質被釋放，引發進一步的電混亂及細胞死亡。矛盾的是，若在此時恢復氧氣供給，反而會使情況變得更糟，因為當能量被耗盡的細胞恢復發電時，它們會產生一種被稱為“活性氧”的有害副物質，破壞并殺死更多的細胞。

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，使其產生較少的活性氧;二是制造專門的蛋白質來保護細胞免受傷害。其實人類也有類似的防御措施，不過人類是以不同的方式進行。例如，當缺氧造成的破壞發生后，人類自身會提高一些蛋白質的產量，而紅耳滑龜則會不斷地制造蛋白質。科學家認為，這些相似之處對于我們來說是個好消息。因為這表明我們有機會調整自身的生物學機制，使其更像烏龜。同時，此研究潛在的醫學應用，還可擴展到任何出現缺氧的情況，包括中風及心臟病發作等的情形。

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，還有一些動物也有能夠耐受冰凍及解凍過程的超能力，其中的明星當數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，并在加拿大嚴酷的冬天幸存下來。它們的身體凍結得非常牢固，以至于輕輕敲擊都會發出叮當響的聲音。加拿大卡爾頓大學的學者肯·斯托里對此解釋道：即便身體凍結，但樹蛙體內的生化反應在-5℃時仍在進行，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抗凍物質，可阻止水分從細胞中被析出，以便在自身已經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學問題以啟示。目前，醫學中有一項難題——用于移植手術的人體器官很難保存，因為常規的冷凍保鮮措施會破壞人體器官。全球每年捐獻的所有心臟中約有三分之二都會因此浪費掉。哈佛大學的一個研究團隊正在嘗試用樹蛙的這種“部分凍結”策略來保護器官。

不過斯托里的研究方向與“部分凍結”有所不同，他的研究方向是探索在保持溫暖的狀態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境下可以將生物時間變慢的動物。畢竟，在較高溫度下冬眠的生物中有哺乳動物，其中還包括我們人類的近親靈長類動物。冬眠不但可以大大降低代謝速度，也能增加我們同時保留必要生物機制的可能性。斯托里及其團隊發現，確實在這些動物間存在著一個通用的“藍圖”，即細胞中一組可以減緩代謝速度的生化反應。

為了喚醒人類冬眠的這一反應過程，科學家們面臨的挑戰是：該過程打開及關閉的要素是什么？現在，該研究正在緊鑼密鼓地進行中，科學家們也在不斷取得研究進展。以這種方式減慢生物學時間可以用以延遲某些傷害過程，如敗血癥、中風和心臟病引起的身體病變等。最終，這種技術甚至可能使人類進入深空探索成為現實。

科學家正在嘗試用樹蛙的這種“部分凍結”來保鮮人體器官，用于解決移植手術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，但樹蛙體內的生化反應在 -5℃時仍在進行。

長壽裸鼴鼠的抗癌傳奇

科學家們還發現，這些神奇動物所具備的超強適應性往往對于它們其余的生理機能也具有連鎖反應。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。一個典型的例子便是裸鼴鼠。根據這種小嚙齒類動物的體形，它們的壽命應該不超過5年，但往往卻長達30年。直到現在，它們最終死亡的原因仍是一個謎。長期研究裸鼴鼠的生物學家羅謝爾·布芬斯坦承認，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擾。有學者認為，正因為這樣，才使得裸鼴鼠不必參與生物間的競爭便可以獲得繁衍機會，因此它們可以進化出將更多的資源用于抵抗惡劣環境所造成的細胞損傷的生理機制。多年來，科學家們對于裸鼴鼠非凡的抵抗力做了許多測試，無論將它們或是它們的組織細胞暴露在紫外線、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。

這樣強悍的抗逆能力還意味著它們似乎不會有衰老的困擾。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，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，它們對于癌癥的抵抗能力可謂傳奇。在長達30年的研究中，布芬斯坦的團隊檢查了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胞中，這樣的試驗在其他哺乳動物身上會導致侵襲性腫瘤的生長，但裸鼴鼠卻不會中招。

為了充分探索裸鼴鼠的非凡能力，我們需要將其基因組進行完整的測序。現階段，這一研究還未全部完成，但科學家們正在努力，線索也逐漸出現。與紅耳滑龜不同，裸鼴鼠不會生成大量的抗氧化劑來對抗細胞受損，它們似乎能通過增強某些基因活性，從而阻止體內受損細胞進行分裂，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系。

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

研究人員還將已知的致癌基因插入到裸鼴鼠的細胞中，若在其他哺乳動物身上會導致侵襲性腫瘤的生長，但裸鼴鼠卻不會中招。

蟒蛇的超強再生能力

蟒蛇具有特殊的超強再生能力。蟒蛇一般會餓上幾個月，然后一口氣吞噬掉整個獵物。為了節省能量，它們的內部器官會在兩餐之間萎縮下去。美國得克薩斯州大學阿靈頓分校的學者托

德·卡斯托發現：在禁食期的蟒蛇體內，其腸子看起來就像是一條空的小管子，但當它進食后，這些器官便會以爆炸式的速度得以重建。一天之內，蟒蛇的小腸質量就會增加一倍以上，其他器官包括肝臟、胰腺、心臟和腎臟都會腫脹一半以上。在進食后24～48小時內，其內臟又會開始萎縮至饑餓狀態。整個過程在短短兩周內就會被逆轉。

這種戲劇性變化的基礎來自于基因活性的爆發。卡斯托為此比較了進食前后蟒蛇體內不同器官在不同時間段內的基因活性。可以預見的是，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細胞免受壓力的基因，這些基因在以前被認為只與癌癥和衰老相關。但最新研究發現，在生長基因保持打開的狀態下，關閉這些應激反應基因，似乎就會觸發蟒蛇體內的器官再次收縮。這就像是一種后門開關，是調節脊椎動物再生生長的關鍵。

那么，是什么控制了這種奇特的反應？答案似乎存在于蟒蛇的血液內。研究人員將血漿從最近喂食的蟒蛇體內取出，加入到培養皿中的大鼠細胞內，這些細胞便會經歷一段生長過程，并啟動與激活蟒蛇細胞的基因類似的基因組。這表明，無論是什么物質信號激活了蟒蛇的器官再生，它在哺乳動物的細胞內同樣可以得到回應。現在，研究團隊正在探索這一神秘信號的蹤跡。卡斯托認為，就算人們永遠也不會想要一種能使自己每個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再生能力。蟒蛇一般會餓上幾個月，然后一口氣吞噬掉整個獵物。當它進食后，這些器官便會以爆炸式的速度得以重建。

除了揭示與模仿這些神奇動物的超級能力之外，類似的研究還能帶給我們更多的益處。例如，研究某些動物的極強適應性，也為我們提供了一個研究自身生物特性的獨特窗口。研究人員正在從蟒蛇的研究中獲得啟發，以便更好地了解進食后人類的生理變化，以期獲得有關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物還可以幫助我們了解生命的能力到底有多強。從這般新穎甚至有些奇怪的角度去重新認識一些基礎生物學的東西，是非常有價值并頗具前途的。

相關鏈接：停止計時

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

美國國防高級研究計劃署的科學家們希望找到能夠減慢生物時間的各種動物間共有的生物過程，從緩步動物到冬眠的熊，研究人員掌握了阻止驅動細胞內新陳代謝的蛋白質活性的能力。接著，他們又標記了動物中達成該過程的三種方式，并向所有學者發起號召，希望他們能夠成功模仿這些過程。

現在，哈佛大學的一個團隊正在嘗試制造一種新藥，可以將蛋白質鎖定為非活性狀態，轉而復制產生伴侶蛋白來進行生物活動。第二個研究小組則正在開發一種能在細胞內部鏈接成晶格的分子，從而排擠蛋白質，使之減慢代謝活性。其他團隊則在尋求第三種辦法，即迫使緩步動物產生大量的無序蛋白質，借此既能夠充當伴侶蛋白，又能擠占其他蛋白質的空間。

要想將這些研究進展轉化為藥物將是一項艱巨的任務。“生物停滯”計劃正在逐步進行中，科學家們希望在每一個階段都能獲得有用的技術。例如，當研究人員掌握了第一步，即在室溫下穩定單個蛋白質的技術時，便可以幫助開發不需要冷藏的疫苗和抗體療法，這對于偏遠地區來說是個福音。接下來，減慢全細胞的生物活性可以用于延長獻血的保存期限。

最后，當減緩組織或整個動物的生理過程得以實現之時，不僅可以用于減少戰場上傷員的出血，阻止死亡及敗血癥的發生，還可以用于民用領域，減少心臟病發作及中風造成的傷害。科學家對此充滿信心。

水熊蟲擁有可以進入假死狀態的能力。