冬天到了,和床“黏”在一起、難舍難分的你還好嗎?被窩太舒服,誰(shuí)不想一鍵開啟**“冬眠模式”**,從寒冷的冬日一覺睡到明媚的春天呢?
想法很美好,人類卻不能冬眠,只能感慨:人怎樣才能像熊一樣冬眠?。?/p>
一年四季?熊:不好意思,我只有三季
熊是一種典型的冬眠動(dòng)物。
對(duì)于熊來說,一年主要分為三個(gè)季節(jié):春至秋的享樂季節(jié);秋至冬的大吃特吃季節(jié);冬至春的睡覺季節(jié),因?yàn)樗X時(shí)間延綿了整個(gè)冬天,所以這段時(shí)間又被稱為“冬眠”。
冬眠前的灰熊 (圖片來源:National Park Service, via Reuters)
一起冬眠嗎?不大小便那種
熊在冬眠期間,新陳代謝速度會(huì)減慢,體溫會(huì)降至1℃到9℃。所有身體機(jī)能也會(huì)大幅下降:呼吸很弱,心跳變慢,對(duì)外界刺激的敏感性下降。
除此之外,還有一個(gè)很重要的點(diǎn),那就是**這段時(shí)間,它不會(huì)大便或小便。**大小便可以排出含氮化合物,但由于冬眠期間含氮化合物不能正常排出,熊的血液中非蛋白含氮量急劇上升。但奇怪的是,這并不會(huì)損害熊的腎臟或肝臟。
要知道,**如果人類血液中非蛋白含氮量超出正常值,就會(huì)出現(xiàn)一系列的健康問題。**人體中血液的正常含氮量為20~25毫克/100毫升(全血),其中尿素所含的氮最多。超出這個(gè)值說明你的腎可能有問題了。
血液中非蛋白含氮量的測(cè)定是臨床上判斷腎功能的一項(xiàng)重要指標(biāo),當(dāng)腎功能衰竭的時(shí)候,血液中的非蛋白含氮化合物就會(huì)升高。這也是人類為什么不能冬眠的原因之一,因?yàn)榇x速率過慢,導(dǎo)致體內(nèi)的有害物質(zhì)積累過多。
熊:我胖我健康,你行嗎?
并且,熊還有一個(gè)神奇的地方。
前文提到說,熊在冬眠開始前,會(huì)大吃特吃,變成一個(gè)大胖子。美國(guó)阿拉斯加卡特邁國(guó)家公園和自然保護(hù)區(qū)(Alaskas Katmai National Park)甚至還為熊舉辦了“胖熊周”活動(dòng),全世界的網(wǎng)友都可以參加投票,看誰(shuí)才是吃得最多、長(zhǎng)得最肥的崽。今年的冠軍熊是480號(hào)Otis,這是它繼2014年、2016年和2017年奪冠之后第四次拿到冠軍了。
Otis的照片(圖片來源:Katmai National Park & Preserve)
人類如果想冬眠,就也得大吃大喝來囤積脂肪,但要吃成Otis這樣的大胖子,可就出大事了。人類如果體重大幅增加時(shí),脂肪、肝臟以及肌肉組織細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感度會(huì)降低,進(jìn)而胰島素水平升高。胰島素增加反過來又會(huì)阻止脂肪細(xì)胞的分解,從而形成惡性循環(huán),最終發(fā)展為胰島素抵抗。胰島素抵抗引起的血漿中高胰島素和高糖含量,則經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致代謝綜合征、痛風(fēng)和2型糖尿病。
2型糖尿病的機(jī)理 (圖片來源:Frontiers)
這點(diǎn)上,熊就很讓人羨慕嫉妒恨了。
科學(xué)家曾觀察過熊在冬眠前、冬眠中和冬眠后的血糖水平、胰島素水平、體重以及其它代謝指標(biāo),**發(fā)現(xiàn)它們?cè)鲋爻^約45千克后,它們的細(xì)胞依然對(duì)胰島素敏感,血糖和胰島素水平也保持穩(wěn)定。**雖然在冬眠開始后,熊們會(huì)經(jīng)歷暫時(shí)的、季節(jié)性的胰島素抵抗期。但當(dāng)春天來臨時(shí),一切就又完全恢復(fù)正常了。
所以每年春天醒來,熊都不會(huì)因?yàn)槎叨龅浇】祮栴},盡管剛起來有點(diǎn)昏昏沉沉的,但整體來說是健康的。**簡(jiǎn)單來說,它們?cè)诙咔爸衅陔m然是一個(gè)胖子,但卻是一個(gè)健康的胖子。**真是氣skr人!
最后,春天熊冬眠醒來之后,除了脂肪差不多沒了,看起來瘦了些,肌肉基本沒變化,通過吃吃吃就又能恢復(fù)了。**然而,如果一個(gè)人在床上躺太久,就會(huì)出現(xiàn)肌肉萎縮的問題。**如果一個(gè)人一直躺著不動(dòng),肌肉會(huì)以每周10-15%的速度下降。當(dāng)然這種減少不會(huì)一直持續(xù)下去,直到和你一天的能量收支持平以后,就會(huì)停止。
同一只熊的增重前和增重后的對(duì)比 (圖片來源:Washingtonpost.com)
為何熊冬眠不出毛?。咳炕?/strong>
那為什么熊不會(huì)有這些冬眠帶來的毛病呢?
華盛頓州立大學(xué)(Washington State University)的一組研究人員2019年9月在《通信生物學(xué)》(Communications Biology)雜志上發(fā)表了一項(xiàng)研究,解釋了冬眠中的灰熊細(xì)胞發(fā)生了什么。
這所大學(xué)是美國(guó)唯一的灰熊研究中心(W.S.U. Bear Center),那里共有11只熊,其中一些灰熊要么是被圈養(yǎng)的,要么是在野外被認(rèn)定為存活有問題的熊之后,被轉(zhuǎn)移進(jìn)來的。
灰熊(圖片來源:WSU Bear Center)
研究人員在一年中共3次從6只圈養(yǎng)灰熊的肝臟、脂肪和肌肉組織中提取樣本。然后在實(shí)驗(yàn)室里,研究人員分析了樣本的DNA,以了解細(xì)胞在一年中發(fā)生的變化。研究發(fā)現(xiàn),冬眠對(duì)每個(gè)組織的細(xì)胞影響都是不同的。
其中,熊的脂肪組織的基因表達(dá)差異性在冬眠期間最大,而肌肉組織幾乎沒有變化。
熊的脂肪表達(dá)差異遠(yuǎn)大于肌肉和肝臟的 (圖片來源:文獻(xiàn)1)
并且發(fā)現(xiàn)即便是**同一只熊的脂肪細(xì)胞,在一年的不同時(shí)間段,脂肪細(xì)胞中的大部分基因也會(huì)改變它們的表達(dá)水平。**要知道,研究人員之前觀察馬達(dá)加斯加矮狐猴冬眠時(shí),發(fā)現(xiàn)在它們的脂肪細(xì)胞中,只有幾百個(gè)基因會(huì)季節(jié)性地改變其表達(dá)水平。換言之,如果我們想通過基因編輯來獲得類似熊的冬眠能力,是一件很難的事,因?yàn)椴皇切薷囊粌蓚€(gè)基因就可以搞定的……
這些基因中,與胰島素信號(hào)傳導(dǎo)、肌肉蛋白降解和尿素生成的相關(guān)功能基因表達(dá)量減少,而與肌肉蛋白合成相關(guān)的基因表達(dá)增加。這也就解釋了為什么灰熊在冬眠期間能保持肝臟和腎臟的健康,并且還能夠肌肉不萎縮。說到底還是基因??!
雖說未來人類也許會(huì)用到冬眠的能力,比如星際旅行什么的,但那是未來的事,現(xiàn)階段想要完美控制人體細(xì)胞的新陳代謝,保持相對(duì)健康的水平,還是一件很難的事。所以還是趕緊在寒冷的冬日里早起搬磚吧。
參考文獻(xiàn):
[1]https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(14)00316-7
[2] https://www.nature.com/articles/s42003-019-0574-4