PNAS：探寻裸鼹鼠长寿的秘密 核糖体更高蛋白质翻译保真度

邓文龙

PNAS：探寻裸鼹鼠长寿的秘密

中文来源：EurekAlert!中文  

2013-10-1 18:37:49

关键词： 长寿 裸鼹鼠

一项研究发现了裸鼹鼠不同寻常的长寿的分子线索。裸鼹鼠的寿命大约是同样尺寸的其他啮齿动物的10倍，而且能抵御通常大多数动物因衰老而增加的脆弱性。

Vera Gorbunova及其同事研究了裸鼹鼠的细胞蛋白质制造机——核糖体，因为此前已经发现蛋白质翻译的改变涉及了几种生物的衰老。蛋白质翻译是核糖体根据RNA模板合成蛋白质的过程。这组作者发现，裸鼹鼠的28S核糖体RNA（rRNA）——它是真核生物核糖体的结构组件之一——出现了一个不寻常的分裂，变成了尺寸不同的两个片段，而小鼠的rRNA没有出现这种情况。

这组作者报告说，尽管存在这些结构差异，裸鼹鼠核糖体的翻译率类似于小鼠。相比之下，来自裸鼹鼠的细胞比小鼠细胞有更高的蛋白质翻译保真度，即便在裸鼹鼠细胞被迫以超过正常的速度生长的情况下也是如此。这组作者说，这些发现提示这种28S rRNA的结构可能增加蛋白质翻译的保真度，这可能对于这种动物的长寿有贡献。

http://www.pnas.org/content/early/2013/09/25/1313473110.abstract

邓文龙

裸鼹鼠关联：

http://baike.baidu.com/link?url= ... mWmN_iuyb3XLun15Nl4

http://www.baike.com/wiki/%E8%A3%B8%E9%BC%B9%E9%BC%A0

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A3%B8%E9%BC%B9%E9%BC%A0

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2011101713101824319922.shtm

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature10533.html

http://news.sciencenet.cn/htmlpa ... 965167.html?id=5167

http://www.pnas.org/content/earl ... 7-b3b6-b8a86e159378

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201211910422039826453.shtm

http://www.pnas.org/content/earl ... 0-8a53-3d719904e3d3

http://www.bioon.com/biology/cancer/574062.shtml  及  http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature12234.html

http://it.sohu.com/20121109/n357122591.shtml

http://scitech.people.com.cn/n/2013/0805/c1007-22449260.html

http://www.39kf.com/yyjj/biotechnology/01/2009-12-22-624444.shtml

现代化研

为什么裸鼹鼠不怕痛

作者:方舟子      

日期：2010-09-10      

　　裸鼹鼠其实并不是全裸的，在它们的身体两侧，从头到尾长着大约40根像猫的胡须一样的长毛。这些长毛并不是皮毛的残余，而是对触觉极其敏感的触须，触动其中任何一根触须，都能让裸鼹鼠把头伸向刺激点。裸鼹鼠终生生活在黑暗的地下，眼睛派不上用场，就是靠这些触须来辨认方向的：前进时，裸鼹鼠摆动头部，后退时，则摆动尾巴，都是为了让触须触摸到隧道壁，就像我们在黑暗的地道中用手扶着墙壁走一样。它们的眼睛高度退化，几乎完全丧失了视觉，大脑皮层中负责视觉的区域也大大减小，被改为用于感受触觉了。
　　几年前，这个现象引起了伊利诺伊大学芝加哥分校的汤姆斯?帕克（Thomas J. Park）等人的兴趣。他们想：既然裸鼹鼠的触觉如此敏感，它们的皮肤中会不会含有什么特殊成分？实验的结果出乎意料，在裸鼹鼠的皮肤中没有发现多了什么成分，反而发现少了一种基本的化学物质——P物质。
　　P物质是什么物质呢？它也是意外发现的产物。1931年，英国生理学家戴尔（Henry Dale，1875～1968）在研究神经递质的作用（他因此在1936年获得诺贝尔奖）。当时已知的神经递质是乙酰胆碱。戴尔让其研究生冯?欧拉（Ulf von Euler,1905～1983）做一个实验，证明小肠释放的乙酰胆碱能刺激小肠的收缩。冯?欧拉发现，从兔子的小肠提取出来的溶液的确能引起小肠收缩。为了证明收缩是由乙酰胆碱引起的，冯?欧拉又加入药物阿托品。阿托品能阻断乙酰胆碱的作用，如果收缩是乙酰胆碱引起的，就会被阿托品抑制住。然而小肠还在收缩，这就说明在小肠提取液中另外还有一种能刺激小肠收缩的物质。冯?欧拉和实验室的另一名研究人员随后发现，这种活性物质在脑组织里最多。他们把它从编号“P”的制剂中提取了出来，又不知道那究竟是什么东西，就把它叫做P物质。这个临时乱叫的名称后来就沿用了下来。
　　P物质作为一种神经递质，有多项功能，最主要的一项功能是把疼痛信号从周围神经传导到中枢神经，从而在大脑皮层中产生痛觉。既然裸鼹鼠体内没有P物质，是不是就意味着它们对疼痛没感觉了呢？如果我们用手去触摸一个温度在45摄氏度以上的炽热灯泡，就会感到烧痛而立即缩手。在手上涂一些辣椒素再去摸热灯泡的话，反应会更厉害。但是裸鼹鼠的脚掌对热灯泡无动于衷，涂上辣椒素也不起作用。
　　为了证明裸鼹鼠对疼痛的麻木是由于缺乏P物质导致的，帕克等人往裸鼹鼠的脚掌中注射进疱疹病毒。这些疱疹病毒经过了改造，加了能制造P物质的基因。疱疹病毒沿着脚掌里的神经末梢迁移，几天后跑到了脊髓附近的神经细胞中，躲在那里制造P物质。不出所料，这些接受了“基因疗法”的裸鼹鼠有了正常的痛觉，它们的脚掌一碰到热灯泡，立即就缩了回去。
　　痛觉虽然很讨厌，对动物的生存却是至关重要的。例如，如果我们对热产生的痛失去了知觉，碰到炽热的物体不知道缩手，皮肤就会被烫伤。那么，是什么原因让裸鼹鼠丧失了P物质，变得不怕痛了呢？
　　不怕痛有时也有好处，比如，在战斗中受伤不觉得痛的话，就不会退缩。裸鼹鼠在面对天敌入侵时的确非常勇敢，甚至为了保护集体而不惜牺牲自己，是否这就与它们不怕痛有关？不过，这种情形毕竟不是经常发生，裸鼹鼠值得为此而牺牲痛觉的种种益处吗？
　　裸鼹鼠也有可能不是为了不怕痛而失去痛觉的，不怕痛可能只是一个副作用。P物质还有其他功能，其中一个功能是让血管舒张。在特殊的生活环境中，这一功能可能会危及裸鼹鼠的生存。裸鼹鼠动则几十只、上百只挤在一块儿，又是在地下，呼出的二氧化碳难以扩散，这样，环境中二氧化碳的浓度很高。在其他哺乳动物中，高浓度的二氧化碳会导致P物质被释放到肺血管中，使肺血管舒张，发展下去就会导致肺水肿、死亡。也许，正是为了能在高浓度二氧化碳的环境中安然生活，裸鼹鼠才丧失了P物质？帕克等人做的实验表明，裸鼹鼠由于没有P物质，对二氧化碳有极强的忍受能力。在二氧化碳浓度达到15％时，小白鼠就出现了严重的肺水肿；但是二氧化碳浓度增加到50％，裸鼹鼠仍没有出现肺水肿的迹象。
　　为了研究某种蛋白质的功能，有时需要用到“基因剔除技术”，把制造该蛋白质的基因剔除掉，看看动物体内少了这种蛋白质后，会出现什么变化。这项技术的发明者2007年获得了诺贝尔奖。不过，不用我们人类费心，裸鼹鼠自己就剔除了P物质，它天生就是研究P物质功能的很好材料，可以用它来阐明疼痛机理，发现镇痛方法。基础研究看似无用，但在研究过程中经常会有有用的意外发现。人们对裸鼹鼠的研究，本来只是出于对一种有着奇异习性的有趣动物的好奇，谁能想到这竟能衍生出有望造福人类的实用价值？

现代化研

冷血的哺乳动物

作者:方舟子     

日期：2010-09-10      

　　生活在东非地下的裸鼹鼠，早在1842年就已被科学界发现并命名了。但是直到上世纪80年代，它被发现是一种奇特的真社会性哺乳动物之后（参见《推测出来的动物》），成为动物界中的明星，近年来还在迪斯尼的动漫《麻辣女孩》（Kim Possible）中出演重要角色。后来，人们发现在非洲鼹形鼠中还有一种达马拉兰鼹鼠也是真社会性的，夺去了裸鼹鼠的部分光彩。不过，裸鼹鼠仍有一项特征足以让它去角逐最奇异的哺乳动物的头衔：它是变温的冷血动物。
　　我们在上小学时就已经知道，哺乳动物和鸟类是恒温动物，能够让体温保持恒定，不随外界温度的变化而变化。但是裸鼹鼠虽然是哺乳动物，却基本丧失了这一功能。它们和冷血动物一样，主要通过与环境的热交换来调节体温：要升温，就跑到上层的洞穴，紧贴被太阳晒热的墙壁；要降温，就躲到寒冷的底层洞穴。它们有时也通过大家扎堆挤在一起来取暖。它们的皮肤为此变得裸露无毛，因为皮毛不仅不能起到调节体温的作用，反而会妨碍热交换。
　　裸鼹鼠为什么变成变温动物了呢？保持恒定体温的优势在于其生理活动基本不受外界温度变化的影响，在夜间和比较恶劣的天气都能出来活动，有更多的时间用于觅食和寻偶。不过，裸鼹鼠生活在地下，和天气多变的地面相比，地下冬暖夏凉，温度变化不大，保持恒定体温就不那么重要了。但是，同样在地下生活的其他十几种非洲鼹形鼠都是恒温的，与裸鼹鼠的习性最接近的达马拉兰鼹鼠也是恒温的。究竟还有什么因素使得裸鼹鼠比其他鼹形鼠更需要放弃恒温功能呢？
　　在所有非洲鼹形鼠中，裸鼹鼠是体形最小的。我前面介绍过，由于体积小的物体的表面积相对比较大，使得小动物的身体比大动物更容易丧失热量，要保持恒定的体温也就更加困难（参见《不可能的小人国》）。裸鼹鼠的身体体积（也即产热总量）大约是达马拉兰鼹鼠的20％，但是身体表面积大约是达马拉兰鼹鼠的40％，这样，散热速度就是达马拉兰鼹鼠的两倍。裸鼹鼠如果要像达马拉兰鼹鼠那样维持恒定的体温，就必须以两倍的速度加速产生体热的代谢过程，以增加体热的生产，弥补体热的散失。这就需要它大量摄入食物和氧气。但是，裸鼹鼠的食物主要是低能量的块茎，而地下氧气又非常稀薄，为此它要付出的代价太高昂了，所以还不如干脆放弃维持恒定体温，尽量降低基础代谢率，节省能量。裸鼹鼠的基础代谢率是所有哺乳动物中最低的，与爬行动物相当。
　　那么，裸鼹鼠为什么要有这么小的身体呢？在非洲鼹形鼠中，裸鼹鼠所生活的地区是最热最干旱的，年降雨量平均只有200～400毫米，一年就集中下几天雨。鼹形鼠的主要食物——块茎——储存着大量的水分和养分，同样由于体积和表面积的比例关系，块茎越大，就越不容易失水干燥，因此干旱地区的植物倾向于制造少量但是大型的块茎，而不是众多的小块茎。越是干旱的地区，块茎会越大，但是数量也越稀少。有的块茎的重量是裸鼹鼠体重的上千倍，碰巧挖到一个的话，一窝裸鼹鼠一年的口粮就全有了。
　　但是在地下乱挖地道，刚好碰上块茎的概率极低，而且只有下雨的那几天，土壤比较潮湿时才适宜挖地道。即便如此，挖地道也要耗去大量能量，是静止时的3～5倍。鼹形鼠很可能挖了几天地道，直到精疲力竭还一无所获。在如此严酷的条件下，独居的鼹形鼠存活的机会极为渺茫，要提高生存机会，必须组织起来，分头去找食物，有谁碰巧找到了就一起分享。独居的鼹形鼠只生活在比较湿润的地区，而干旱地区的鼹形鼠都是社会性的，这并非偶然。
　　一群裸鼹鼠分头去找稀少的食物，当然是成员数量越多，找到食物的机会越大。但是成员数量多了，也意味着吃饭的嘴多了，找到的食物又会不够分了。既要增加个体数量，又不增加对食物的总需求量，那就要把每一个成员的饭量减小，也就是说，让它们的身体变小。
　　所以，进化的结果就是，社会成员的数量增加了，但是体形变小了。一窝裸鼹鼠平均有七八十只，多时可达300只，但是每只工鼠的体重只有大约30克。达马拉兰鼹鼠的体重是裸鼹鼠的5倍，但是一窝成员的数量就少多了，平均有十几只，最多也就40只。达马拉兰鼹鼠的社会习性也不如裸鼹鼠复杂、精细，寻找食物的效率可能也不如裸鼹鼠。毕竟，100只小老鼠分散开去，找到食物的概率要比10只大老鼠大多了。在进化史上，达马拉兰鼹鼠出现的时间比裸鼹鼠晚。也许达马拉兰鼹鼠正往裸鼹鼠走过的路上走，成员数量会变得更多，但是体形也会变得更小，最终小到无法维持恒定体温，并脱掉皮毛，成为另一种裸鼹鼠。

现代化研

推测出来的动物

作者:方舟子      

日期：2010-09-10   

　　人类经常被称为社会性动物，但是和蜜蜂、蚂蚁、白蚁之类的社会性昆虫相比，其社会性就不值一提了。社会性昆虫的成员不仅在工作方面有天生的严格分工，而且连生殖也分工了：只有一只“后”负责繁殖后代，其他的雌性昆虫则都丧失了繁殖功能，成为忙碌的“工作者”。这种现象称为“真社会性”。它是怎么进化出来的呢？
　　这些社会性昆虫有一个与其他昆虫不同的特征，它们并不是只生不养，而是花费了很多时间照料后代。因此，美国密歇根大学的生物学家理查德?亚历山大（Richard D. Alexander）在1974年提出了一个观点，认为时间延长的母爱是进化出真社会性现象的主要因素。很多人不同意这个观点。他们反驳说，如果母爱对真社会性的产生这么重要的话，为什么母爱最强烈的脊椎动物，特别是鸟类和哺乳动物，不存在真社会性？为什么只有昆虫才有真社会性？
　　亚历山大本来可以回答说，他并没有说母爱是产生真社会性的充分条件，有了母爱就一定会产生真社会性。而且，跟昆虫相比，鸟类、哺乳类的种数要少得多，其进化史也短得多，可能还没机会进化出真社会性来。但是，亚历山大采取了一个非同寻常的举动。他根据自然选择的原理，预测如果存在一种真社会性的脊椎动物的话，将会有什么样的特征。
　　亚历山大根据白蚁巢的情形，归纳出一种真社会性脊椎动物的窝必须有什么特征：它必须是非常安全的，否则等于是为天敌提供粮仓；为了适应不断增加的群体数目，它必须是能够扩展的；它的附近必须有充足的食物，这样群体的成员才不至于为了争夺食物而竞争；食物必须是不必冒什么风险就可以轻易得到的，这样群体的成员才不会因为怕担风险而谁也不愿觅食。
　　根据这些真社会性动物窝的必备特征，亚历山大预测，真社会性脊椎动物的窝不可能像蜜蜂、蚂蚁的窝一样建在树上或树中，因为没有哪种树可以大到容纳一个真社会性的脊椎动物群体。这种窝只能全部埋在地下。在所有的脊椎动物中，只有哺乳动物能完全在地下生活（两栖类、爬行类和鸟类都不行），所以这种脊椎动物一定是哺乳动物。在地下生活的哺乳动物以啮齿动物最多，所以真社会性脊椎动物最有可能是啮齿动物。
　　一般的地下啮齿动物（比如鼹形鼠）以草根为食，亚历山大认为这种食物的量太少，只适合独居动物自己分开去找。真社会性脊椎动物应该以大型的树根或块茎作为食物。
　　这类脊椎动物的天敌（例如蛇）将能够钻进它们的地下窝中，但是不可能在那里横行，一只或数只英勇的个体会不惜牺牲自己，将入侵者驱逐出去。这会导致真社会性动物中主管繁殖的“后”和“工作者”进化出不同长度的寿命和生殖功能。
　　那么，这种脊椎动物最可能生活在哪里呢？它们应该生活在有雨季和旱季交替的热带，因为这种地区的植物为了度过旱季，普遍具有大型的根和块茎储存水分和养分，是这种动物的最佳食物。这种动物的窝应该建造在坚硬的黏土之下，这样才不会有天敌通过挖掘将它们的窝暴露在露天之下，并一举歼灭。这两点表明，非洲的林地和灌木丛将会是它们最佳的生活地点。
　　在1975年到1976年间，亚历山大在美国各大学作巡回报告，介绍他对真社会性脊椎动物的预测。当他在北亚利桑那大学作介绍时，听众中有一位哺乳动物学家对他说，他对这种真社会性动物的介绍，像是在描述一种生活在东非的地下啮齿动物裸鼹鼠，并建议亚历山大与研究这种裸鼹鼠的南非开普敦大学生物学家詹尼弗?加维斯（Jennifer Jarvis）联系。加维斯这时正在研究裸鼹鼠的生理和生态，但对它们的社会行为一无所知。她正奇怪为什么抓来的裸鼹鼠在实验室里都不能生育，在收到亚历山大的来信后，她才想到它们可能是真社会性动物。
　　1977年，加维斯在野外挖了一窝40只裸鼹鼠在实验室中养育。经过三年的观察，证实了裸鼹鼠的确是一种真社会性的脊椎动物。在野外，裸鼹鼠一窝大约有七八十只，多时可达300只，但是，只有一只鼠后和一到三只雄鼠能繁殖，其他都是不育的工鼠，而它们的习性与亚历山大的预测完全相符。后来，加维斯及其学生又发现，还有一种非洲鼹形鼠——纳米比亚的达马拉兰鼹鼠也是真社会性动物。它们的个头较大，成员数量较少（一窝最多40只），但是其习性也符合亚历山大的预测。
　　神创论者往往指责进化论无法预测，只会当马后炮，不是科学。某些物理学背景的人士，也喜欢说进化论不像物理学那样能够作精确的预测，言下之意是说进化论即使是科学，也是属于比较“低等”的。生物现象要比物理现象复杂得多，预测起来也困难得多。但是，进化论史上有过许多精彩的预测。亚历山大对真社会性脊椎动物的预测，就是很好的例子。

王兴

奇丑无比的裸鼹鼠

2009-08-18 | 科普知识

作者：慕如  来源：中国科学院昆明动物研究所网站

　　在日本RIKEN脑研究所“动物交流”实验室里，我见到一种罕见的裸鼹鼠（Naked mole rat）。在一个透明的玻璃缸中，一堆畸形可怕的怪物挤在一起，它们浑身上下几乎没有毛发，皮肤青兰色，些微有点泛粉红。乍看像刚出生不久的小鼠。仔细一看，奇丑无比。最显眼的是它们的门牙，上下各两颗，尖尖地、明晃晃地眦在嘴外——这样的牙齿在海象那里看起来就很可爱，可是在裸鼹鼠这儿挺吓人。它们懒散地拥挤着，彼此践踏着，活像一堆死去的剥皮鱼。

　　日本学生告诉我，它们都是瞎子。我很诧异，仔细一看，果然，它们的眼睛只是两道睁不开的狭缝。女学生向我解释，裸鼹鼠生活在炎热的非洲，由于终年地处黑暗的地下，靠打洞寻找植物块根块茎为生，它们的眼睛退化了，视觉几乎为零。又由于生活的环境气温很高，所以毛发也不需要，就以裸为生了。别看它们这般摸样，适应力却极强，寿命可达30年以上呢。

　　这样一群看起来邪恶得像幽灵一般丑陋不堪的小动物，却是科学家的宝贝。为什么呢？因为裸鼹鼠会“讲话”。它们不能够看，就依靠发声来彼此联络。由此进化了发达而独特的联络方式。它们能够发出18种不同的声音。最常见的是温柔的“唧唧”声，轮回婉转，在个体之间亲密接触时，使用最多。

　　作为脊椎动物啮齿类中的一员，裸鼹鼠还有几项确实令人惊诧的奇特之处。

一．社会性生活

　　裸鼹鼠是迄今发现的唯一像蜜蜂、蚂蚁等昆虫一样营社会性生活的哺乳类动物。

裸鼹鼠的群落中只有一只雌性裸鼹鼠“女王”可以繁殖后代，它和固定的几只雄裸鼹鼠交配。其它的动物均没有权利生殖。

　　没有资格生育的裸鼹鼠，无论雌雄，自出生后3-4周就沦为低级的奴隶——鼠工。此时，它们脱离了女王的抚养，一边吃着其它裸鼹鼠的排泄物，一边迅速长大，扮演适合自己的角色。地道工负责挖地洞，寻找食物；士兵负责侦查，防御敌人……整天忙忙碌碌。一生为了照顾女王的生育，抚育女王的后代而消耗。

　

二．冷血动物

　　裸鼹鼠喜欢拥挤成一堆，在靠近地表的地洞呆着，因为这样可以离太阳近些，这也是它们总把家安顿在赤道附近的原因。裸鼹鼠和绝大多数哺乳类动物不一样，它们的体温随着周围的环境温度起伏很大，和蛇一样它们是冷血动物。这在哺乳类动物中实属罕见。当气温降低的时候，它们就要互相拥挤着取暖，以保证体温不至于丧失太多。

　

三．痛觉不灵敏

　　最近，在裸鼹鼠上有一个惊人的发现，那就是——它们对酸和辣椒感觉不到痛！

这项研究结果由伊利诺大学芝加哥分校的汤姆斯˙帕克（Thomas Park） 和盖瑞˙莱恩（Gary R. Lewin）等在今年初发表在《PLoS Biol》上。

　　裸鼹鼠对痛麻木不仁，一个重要的原因是它们的皮肤内缺少一种传导痛感觉的物质——P物质。几乎所有哺乳类动物的皮肤中都含有这种物质，凭借P物质，动物能够将身体各处的痛觉迅速传递到大脑，感觉到疼痛。

　　如果将该物质诱导进裸鼹鼠的体内，具有P物质的裸鼹鼠将“重见痛觉”，恢复对疼痛的感觉。

裸鼹鼠上的发现对于一直苦苦寻找止痛药物和方法的人类，无疑于绝好的楷模——一旦人们将裸鼹鼠的止痛绝招运用于受疼痛折磨的病患，无数的人将从此摆脱可怕的痛苦。

可是，为什么裸鼹鼠皮肤内没有P物质呢？

　　任何事物都有两面性，裸鼹鼠也逃脱不了这样的命运。由于它们终年聚居在地下生活，呼吸时产生的二氧化碳很难排出去。尤其在使劲挖地洞的时候，呼吸量加大，二氧化碳囤积在地洞，造成类似“酸雨”的酸环境。这样的酸环境对它们的皮肤，鼻子，眼睛和嘴内的粘膜组织是一种很强的刺激，将使任何动物产生难耐的灼烧感。所以，裸鼹鼠倾向于将皮肤中传导痛的物质摒除掉。

如果裸鼹鼠像正常动物一样，体内有P物质，在缺氧的环境下，血管将被迫扩张，使得肺部更多地吸取氧气。但是在酸度不可能减低的地洞里，一味地扩张血管将导致另一个致命的结果——肺水肿。由此，裸鼹鼠还缩小了自己的肺，尽可能减少呼吸量，并提高了血液的携氧效率，使得一切都适合地下的缺氧生活。

　　另外，P物质导致的血管扩张，将使体表温度降低，对于冷血的裸鼹鼠，这是极为不利的，有可能导致生命危险。因而，裸鼹鼠聪明地选择彻底放弃P物质，代价是牺牲了痛觉，但保全了它们能够在地下环境中生存。

　　目前，裸鼹鼠已成为美国一些动物园的座上客，由于它们在“进化和适应”上表现得异常出色，所以，倍受游客的青睐，被人们爱称为“热狗式的小老鼠”。



“热狗式的小老鼠” ——裸鼹鼠