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打不死的“小强”是蝾螈

2023-03-17船舷

科学大众(中学) 2023年3期
关键词:塞申斯蝾螈美西

船舷

早在一个半世纪之前,人类就发现了呆头呆脑的蝾螈的不同凡响。

它们视力残缺、心脏羸弱、行动缓慢,但神奇的是,它们的红细胞竟比人类的大300倍。实在难以想象,它们拖着迟缓、畸形的柔弱身躯,是如何应对残酷的生存环境,在地球上生存了2亿年的?

它们行动迟缓,貌丑无比,似蛙非蛙,似鱼非鱼。因叫声怪异,国人将蝾螈的品种之一——大鲵,称作“娃娃鱼”。由于体内水分流失过快,多数蝾螈都栖息于潮湿的环境中。陆栖能力好一点的种群可以生活在距离水源地较远的地方,但仍生活在以潮湿的苔藓为主的环境中。对水分较为依赖的种群,则偏好生活在低温且水质清洁的环境中。在766个已知的蝾螈物种中,有超过39种完全无法从水生的幼体长成可以生活于陆地的成体。它们长着幼体的鳃和软弱的四肢,终其一生只能困在水里。到底是什么阻止了它们的生长发育,并让它们在进化的道路上止步不前呢?科学家探索了近一个世纪,也没有完全弄明白。

让所有生物望尘莫及的再生神功

蝾螈的名字来自古波斯语,意为“内在之火”。2000多年来,连智慧的“化身”亚里士多德和达·芬奇都认为蝾螈耐火,甚至是可以灭火的动物。在犹太人的重要典籍《塔木德》中,白纸黑字地写着蝾螈具有助燃作用,在皮肤上涂抹蝾螈的血会使火焰熊熊燃烧。虽然事实并非如此,但是蝾螈拥有神奇力量的传说并非空穴来风。

我们知道,人类器官的再生能力是动物界中最差的,皮肤上稍微深一点的伤口,都会留下永久的疤痕。但是,蝾螈的超级再生能力是真实存在的。

切除蝾螈的尾巴、前肢、后肢或身体的任何一部分,蝾螈都不会形成残肢或伤疤,它的再生能力是完美而惊人的。缺失之处会先长出一个肉芽,这肉芽就像被春风吹拂的树枝一样生长,一个由完整的肌肉、神经、骨头等部分组成的新肢体便悄无声息地代替了失去的肢体。

科学家研究蝾螈的再生能力时,最常用的标本是一种奇怪的、不讨人喜欢的墨西哥蝾螈,人称“美西螈”。除了四肢,美西螈还能再生下颌、视网膜、卵巢、肾脏、心脏、未发育的肺、脊髓和大脑,并能治愈自己各种各样的伤口而不留疤痕。美西螈还可以把同类的身体部分整合起来成为自己身体的一部分,就像原本就是自己的器官一样,没有通常的免疫排斥反应。

极端到惊悚的实验

说到对蝾螈的研究,就不得不提美国加利福尼亚大学伯克利分校的著名蝾螈生物学家戴维·韦克和他的学生斯坦利·塞申斯。最早对蝾螈进行解剖实验的就是他们。对蝾螈器官的再生能力进行科学探索并取得显著成就的,也只有他們师生二人,尤其以斯坦利·塞申斯的贡献最大。

蝾螈心脏的最大特点就是自愈和再生能力,蝾螈的一生似乎有取之不尽、用之不竭的干细胞。它们的心室如同一个空空的袋子,周围只有一层薄膜似的肌肉。这似乎是人类心力衰竭患者即将走到生命终点时的心脏形状,即心肌细胞变少,心室壁被拉伸而变得更薄,心脏泵血的功能越来越弱。这种看似残疾的心脏对蝾螈的生活质量非但没有丝毫影响,反而帮助它们延年益寿,这实在匪夷所思!

斯坦利·塞申斯进行了一个实验——切断27种无肺螈的右侧后腿,然后计算它们重新生长的速度。他还在助手的帮助下麻醉了几只火蝾螈,然后剥开它们薄薄的颅骨,将每只蝾螈的脑组织摘除了近1/4。对蝾螈而言,腿被切断后再生是很容易的,但斯坦利·塞申斯想测试一下蝾螈再生能力的极限。果然,在被切除脑组织的第40天,这些火蝾螈的新的脑组织就生长出来了。

那么,让火蝾螈具有如此强的器官再生能力的原因是什么呢?人类是否可以从中获得启发?

神奇的蝾螈带给我们的启示

借助现代科学手段,我们了解到,大部分哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类的基因组大小的变化范围不大,一般包含5亿~60亿个碱基对,这些碱基对串成长链,构成了基因,而众多的基因构成了动物的基因组。可是,蝾螈基因组大小的变化范围却很大,少的有100亿个碱基对,多的可达1200亿个。

蝾螈巨大的基因组支配了它们生活的方方面面,它们在亿万年的进化历程中找到了一条异常缓慢且独具一格的生存之道。它们拖着发育不全的身躯、结构简单的大脑和纸袋般薄弱的心脏艰难求生,但绝不是苟延残喘、命悬一线,它们中的大多数可以存活上百年。

研究蝾螈的科学家对其身上展现出的奇特现象,从惊讶不解到逐渐理出了一些头绪。正如斯坦利·塞申斯所言,对于蝾螈这样的怪诞生物,我们应摒弃惯性思维,比如我们始终坚信不疑的“适者生存”理论。可蝾螈就不一样了,基因组中太多的累赘拖慢了它们的发育,撑大了它们的细胞,扭曲了它们的身体。在这里,“适者”被重新定义,强壮的心脏和复杂的大脑成了次要器官。仅靠着快枪一样的舌头和再生身体器官的本领,蝾螈偏居一隅,躲过了一个又一个灾难,眼看着身边那些覆着皮毛、羽毛和鳞片的高傲且矫健的伙伴被时间的魔掌相继抹去,唯有沉静淡定的蝾螈仍在繁衍着自己的后代。

科学家终于完成了对美西螈基因组的测序。美西螈基因组的长度比人类基因组长10倍,这是迄今发现的最长的基因组。参与此次基因组测序的科学家表示,对于那些希望有朝一日将再生技术用于医学的人而言,美西螈可能是一本完美的说明书,只是这本“说明书”需要准确解码,这可是不亚于人类登上月球的浩大工程。

这里需要特别指出的是,斯坦利·塞申斯对研究蝾螈可能造福人类的说法,并不抱有过分的期许。他认为,人类的祖先最早可能也是具备某种器官再生功能的,但为了发达的大脑和协调的四肢,不得不放弃那些次要的功能。况且,动物的遗传基因也是千万年进化的结果。

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