熊可以冬眠,人为什么不行?

熊可以冬眠,人为什么不行?

本文来自微信公众号: 科学大院(kexuedayuan),作者:苏澄宇,Photo by Mark Basarab on Unsplash 熊是一种典型的冬眠动物。 对于熊来说,一年主要分为三个季节:春至秋的享乐季节;秋至冬的大吃特吃季节;冬至春的

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本文来自微信公众号: 科学大院(kexuedayuan),作者:苏澄宇,Photo by Mark Basarab on Unsplash

熊是一种典型的冬眠动物。

对于熊来说,一年主要分为三个季节:春至秋的享乐季节;秋至冬的大吃特吃季节;冬至春的睡觉季节,因为时间延绵了整个冬天,所以这段时间又被称为“冬眠”。

熊可以冬眠,人为什么不行?插图

冬眠前的灰熊 (图片来源:National Park Service, via Reuters)

一起冬眠吗?不大小便那种

熊在冬眠期间,新陈代谢速度会减慢,它们的体温会降至1℃到9℃。所有身体机能会大幅下降:呼吸很弱,心跳变慢,对外界刺激的敏感性下降。

除此之外,还有一个很重要的点,那就是这段时间,它不会大便或小便。大小便可以排出含氮化合物,因为含氮化合物不能正常排出,熊的血液中非蛋白含氮量急剧上升。但奇怪的是,这并不会损害熊的肾脏或肝脏。

要知道,如果人类血液中非蛋白含氮量超出正常值,就会出现一系列的健康问题。人体中血液的正常含氮量为20~25毫克/100毫升(全血)。其中尿素所含的氮最多,超出这个值说明你的肾可能有问题了。血液中非蛋白含氮量的测定是临床上判断肾功能的一项重要指标,当肾功能衰竭的时候,血液中的非蛋白含氮化合物就会升高。这也是人类为什么不能冬眠的原因之一,因为代谢速率过慢,导致体内的有害物质积累过多。

熊:我胖我健康,你行吗?

并且,熊还有一个神奇的地方。

前文提到说,熊在冬眠开始前,会大吃特吃,变成一个大胖子。美国阿拉斯加卡特迈国家公园和自然保护区(Alaskas Katmai National Park)甚至还为熊举办了“胖熊周”活动,看看谁吃得最多,让全世界的网友都可以参加投票,看谁才是最肥的崽。今年冠军是熊435号Holly,它是一个妹纸。

熊可以冬眠,人为什么不行?插图(1)

图片来源:ABC News go.com

人类如果想冬眠就也得大吃大喝来囤积脂肪,但人要吃成Holly这样的大胖子,可就出大事了。人类如果体重大幅增加时,脂肪、肝脏以及肌肉组织细胞对胰岛素的敏感度会降低,进而胰岛素水平升高。胰岛素增加反过来又会阻止脂肪细胞的分解,从而形成恶性循环,最终发展为胰岛素抵抗。胰岛素抵抗引起的血浆中高胰岛素和高糖含量,则经常会导致代谢综合征、痛风和2型糖尿病。

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2型糖尿病的机理 (图片来源:Frontiers)

这点上,熊就很让人羡慕嫉妒恨了。

科学家曾观察过熊在冬眠前、冬眠中和冬眠后的血糖水平、胰岛素水平、体重以及其它代谢指标。发现它们增重超过约45千克后,它们的细胞依然对胰岛素敏感,血糖和胰岛素水平也保持在稳定。虽然在冬眠开始后,熊们会经历暂时的、季节性的胰岛素抵抗期。但当春天来临时,一切就又完全恢复正常了。

所以每年春天醒来,熊都不会因为冬眠而遇到健康问题,尽管刚起来有点昏昏沉沉的,但整体来说是健康的。简单来说,它们在冬眠前中期虽然是一个胖子,但却是一个健康的胖子。真是气skr人!

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最后,春天熊冬眠醒来之后,除了脂肪差不多没了,看起来瘦了些,肌肉基本没变化,通过吃吃吃就又能恢复了。然而,如果一个人在床上躺太久,就会出现肌肉萎缩的问题。如果一个人一直躺着不动,肌肉会以每周10-15%的速度下降。当然这种减少不会一直持续下去,直到和你一天的能量收支持平以后,就会停止。

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同一只熊的增重前和增重后的对比 (图片来源:Washingtonpost.com)

为何熊冬眠不出毛病?全靠基因

那为什么熊不会有这些冬眠带来的毛病呢?

华盛顿州立大学(Washington State University)的一组研究人员今年9月在《通信生物学》(Communications Biology)杂志上发表了一项研究,解释了冬眠中的灰熊的细胞发生了什么。

这所大学是美国唯一的灰熊研究中心(W.S.U. Bear Center),那共有11只熊,其中一些灰熊要么是被圈养的,要么是在野外被认定为存活有问题的熊之后,被转移进来的。

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灰熊(图片来源:WSU Bear Center)

研究人员在一年中共3次从6只圈养的灰熊的肝脏、脂肪和肌肉组织中提取样本。然后在实验室里,研究人员分析了样本的DNA,以了解细胞在一年中发生的变化。研究发现,冬眠对每个组织的细胞影响都是不同的。

其中,熊的脂肪组织的基因表达差异性在冬眠期间最大,而肌肉组织几乎没有变化。

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熊的脂肪表达差异远大于肌肉和肝脏的 (图片来源:文献1)

并且发现即便是同一只熊的脂肪细胞,在一年的不同时间段,脂肪细胞中的大部分的基因也会改变它们的表达水平。要知道,研究人员之前观察马达加斯加矮狐猴冬眠时,它们的脂肪细胞中,只有几百个基因会季节性地改变其表达水平。换言之,如果我们想通过基因编辑来获得类似熊的冬眠能力,是一件很难的事,因为不是修改一两个基因就可以搞定的……

这些基因中,与胰岛素信号传导、肌肉蛋白降解和尿素生成的相关功能基因表达量减少,而与肌肉蛋白合成相关的基因表达增加。这也就解释了为什么灰熊在冬眠期间能保持肝脏和肾脏的健康,并且还能够肌肉不萎缩。说到底还是基因啊!

虽说未来人类也许会用到冬眠的能力,比如星际旅行什么的,但那是未来的事,现阶段想要完美控制人体细胞的新陈代谢,保持相对健康的水平,还是一件很难的事。所以还是赶紧在寒冷的冬日里早起搬砖吧。

参考文献:

[1]https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(14)00316-7

[2]https://www.nature.com/articles/s42003-019-0574-4

本文来自微信公众号: 科学大院(kexuedayuan),作者:苏澄宇                

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