去年大火的動畫《鬼滅之刃》給了不少人很深的印象,最近其原作漫畫劇情似乎也逐漸進入了尾聲(可能並不是)。
動畫講述了一個賣炭少年為了拯救成為鬼的妹妹,成為了鬼殺隊的一員,並不斷與鬼鬥爭的故事……
這裡面的鬼有著很強的戰鬥力,如果被砍傷了還能再生,還能長生不死。只有用特殊武器砍下頭顱才能徹底抹殺他們。此外,他們還有一個巨大的弱點——不能見光。
他們的最終源頭,是統率全部鬼的鬼王——鬼舞辻無慘,而不能見光的他,畢生最大的夢想就是能曬曬太陽,在太陽下自由地奔跑(???)。
而被虐的心態崩潰的觀眾,內心經常也想著,要讓無慘去曬曬太陽。
長得很像麥可傑克遜的鬼舞辻無慘
(圖源:鬼滅之刃)
而作為一個生物狗,總會思考一些奇怪的問題:為什麼鬼會出現不能見光的特點呢?而且還能長生不老?要是人不能曬太陽會怎麼樣?什麼動物見不得光?
誒誒,後面兩個問題我能回答!
假想一下,如果讓你突然失去太陽,最直接的影響會是什麼?
答案是,你將再也長不高,並可能成為一個瘸子,最後終身在輪椅上度日。
在進一步解釋之前,我們先講個歷史故事。
1800-1900年前後,歐美工業革命進展得轟轟烈烈,工業化城市中工廠的濃煙導致城市見不到太陽。這導致當時很多的孩子得了佝僂病:他們長不高,骨骼發育也不正常,膝蓋還會奇怪地彎曲。當時在大工業城市中(比如美國波士頓),患病率可以達到80%。
圖中中間的孩子是正常小孩,左右的孩子患有佝僂病
(圖源:Holick M F.)
當時的醫生對此也很頭大:他們發現這些疾病在大城市的孩子很常見,而住在印度、中國(當時工業不發達的地區)的孩子就不會得這種病。
後來,到了1920年左右,醫生們發現,讓這些孩子們進行日光浴治療,經過幾個月之後病情就開始好轉了。而後科學家發現如果吃了照過紫外線的食物,疾病也會有所好轉。
再後來人們發現,這些孩子之所以會出現佝僂病,與維生素D2密切相關。所以人們就開始在各種食物,尤其是牛奶中加入維生素D2,甚至還有往啤酒裡加維生素D2的操作。在美國,佝僂病到了1940年左右也基本就消失了。
不少人熟知的AD鈣奶,就是添加了維生素A和維生素D(圖源:京東)
相信看到這,不少讀者應該想起來陽光對人的一個重要作用——合成維生素D。
簡單來說,缺乏陽光的照射會導致體內無法合成維生素D,進而影響了身體對鈣的吸收。如果是正在發育的小朋友,可能就會導致佝僂症;而對於成年人可能就會導致骨質疏鬆等骨骼疾病。
所以會很容易發生骨折、骨碎。
至於具體維生素D怎麼影響骨骼,這裡面的生化過程有億點點複雜,感興趣的同學可以自己查閱後面的參考文獻,這裡就不多說了(圖片翻譯自Holick M F.)
而除了維生素D,還有很多體內物質的合成,比如褪黑素合成,也是需要陽光刺激的。
有研究將斑馬魚飼養在完全黑暗的環境,發現基本上全部斑馬魚都發生了脊椎彎曲的現象,研究者猜測這可能和褪黑素或者維生素D有關係。
脊柱彎曲的斑馬魚,上圖是從洞穴裡抓獲的(洞穴也是黑暗環境),下圖則是在黑暗條件培養的
(圖源:Torres-Dowdall J, et al.)
那為什麼動畫裡的無慘和鬼們沒有變瘸呢?
我猜他們可能是經常吃魚肝油,或者吃魚(認真思考.jpg)。
維生素D雖然早在幾億年前就有浮遊植物能夠合成了,但是目前還是很難找到充足的自然來源,只有諸如沙丁魚、鮭魚等含油較高的魚類中會富含維生素D。其實維生素D最早被發現也是從魚肝油中提取出來的。這也是為什麼會建議老年人適當食用魚肝油,來降低骨質疏鬆的風險。
不過這是給無慘的建議,大部分人所需的維生素D主要還是來自於陽光,所以沒事出門走兩步還是很重要的(對於最近經常宅在家的各位也建議適當多吃點魚)。
如果補充過量的維生素D,反而對身體有害。歐洲就曾經出現過牛奶中的維生素D濫用導致嬰幼兒生病,所以現在歐洲大多數國家禁止了乳製品中維生素D的添加。
根據2012年的一份綜合分析結果來看,可能中國大多數人的維生素D還是有點缺乏的,不過畢竟也是好幾年前的數據了,具體缺不缺可能要看個人以及身體檢查的情況來判斷。
說完維生素D,我們再換個思路,有沒有什麼終日不見光的生物呢?這方面科學家們研究得比較多的是洞穴生物,尤其是魚。
一方面是因為洞穴,尤其是深處的洞穴終日暗無天日,是一個完全自然的無光環境,而另一方面魚類的行動受限,不像昆蟲或者哺乳動物有跑出洞穴的機會,它們一旦進入洞穴這輩子可能就出不來了。
洞穴環境示意圖(圖翻譯自Debra Ronca.)
非常神奇的是,這些動物都有一個類似的特點——他們都瞎了,還變白了。
你現在肯定有很多問號,科學家也是。於是有研究者抓了魚在實驗室培養,並且觀察他們的發育過程,進行基因組分析。
他們發現,和正常的魚差不多,洞穴魚最開始也是有眼睛的結構的,而逐漸長大的過程中眼睛的各個組件,比如晶狀體、視網膜都沒長起來。
或者可以說說,長著長著就沒了。
圖中展示了地表魚類(上)和洞穴魚(下)的眼睛發育差別,可以看到最開始他們都有眼睛的結構,而隨後發育出現了差異,洞穴魚的眼睛就長沒了,這主要是細胞凋亡導致的(圖源:Protas M, Jeffery W R.)
如果在胚胎時把洞穴魚和地表魚的眼睛組織換一下,發現本來應該的正常的地表魚瞎了,而洞穴魚又長出了眼睛。
這也進一步說明這是一個「命中注定」的事情——洞穴魚會瞎是天生的,而且也是在胚胎時就決定了,而不是在洞穴裡呆著呆著就瞎了。
而除了眼睛,這些魚還會變白。
我們知道皮膚顏色主要是由於黑色素的積累造成的(比如曬太陽就會促進黑色素合成,皮膚會變黑),而研究者發現洞穴魚合成黑色素的基因發生了突變,本來黑色的魚變得偏棕色甚至完全白色。
這麼一想比如動畫裡的鬼,或者我們熟知的吸血鬼等等都很白呢(等等,殭屍怎麼算?)。
當然,每個人合成黑色素能力也不同,曬黑的效果也有不同,這就是由基因決定的(圖源:輕音少女)
除此之外,洞穴魚也有比如更強的嗅覺、觸覺,更長的鰭,更強的感知能力等等。而對於為什麼洞穴生物會發生這樣的變化,也一直是一個難以解答的難題。
早在達爾文在描述進化論的時候,就提到說這不涉及自然選擇,而可能是這些生物的一種「廢棄」(disuse)機制。
確實,自然選擇是指在環境影響下,不適宜生存的個體被淘汰:那即使是黑暗環境,多個眼睛也好歹說不定能看清點東西,怎麼說沒就沒了呢?
現在的你可以先對達爾文大喊一句:「時代變了大人!」因為那個時候的達爾文還不知道基因的存在,也不知道基因會隨機發生著突變和重組。
歷史的巧合使得這兩位生物學奠基人(左圖達爾文,右圖孟德爾)未能相遇,達爾文也錯失了知道基因的機會
(圖源:Wikipedia)
科學家發現,基因的突變不會立刻顯示出來,因為有一種HSP90蛋白,像緩衝劑一樣控制基因突變積累而不會表現出來。
打個比方,比如張三本來加班到晚上九點,心裡不爽想罵人,同事過來安慰張三「沒事沒事,這不水水就九點了」。
結果這時老闆突然說今天你要加班到凌晨4點,那安慰都沒用了,張三直接開罵暴走。
基因突變可能也存在著這樣一個緩衝,在地表的時候眾多基因會產生突變,比如張三基因突變了導致眼睛變小,但是HSP90這個同事過來安慰一下,就把這些突變控制住了。
結果魚突然被丟到洞穴裡,不少基因心態就崩了,HSP90沒控制住,有些突變就會暴露出來。而黑暗的洞穴裡眼睛沒那麼重要還浪費能量,這些已經存在的小眼睛基因張三基因,也就最早爆發出來。
張三基因突變罷工了,結果眼睛變小,反而節約了能量,有利於魚在黑暗的洞穴中生存下來。
研究得最多的洞穴魚Astyanax mexicanus (上圖為洞穴外品種)(圖源:nature)
不過除了比較公認的進化的解釋,也有其他的假說,比如可能只是一群魚到了洞穴裡,沒瞎的循著光遊走了,就只剩下瞎的魚(越想越覺得這個說法似乎也很有道理)。
這個問題也需要更進一步的探究和驗證才能找到答案吧。
在一系列不怎麼見光的動物中,最值得大書特書的其實是一種嚙齒類動物——非洲的裸鼴鼠。
如果非要找一種生物和動畫裡的鬼作比較,裸鼴鼠應該是當之無愧的:
可能差別比較大的是他們的外貌:
小別致長得真東西
(相比之下無慘好看多了,圖源:science)
因為抗癌、長壽、超強的生存能力,裸鼴鼠雖然長得不咋樣,但是卻長期是科學家們的掌上明珠。
因為和人都是哺乳動物,裸鼴鼠的基因組和人也比較像(80%-93%相似性),所以科學家一直想在裸鼴鼠身上找到抗癌和長壽的答案。
科學家發現裸鼴鼠體內的玻尿酸(是的,就是你在護膚品裡經常聽到的那個)含量比普通小鼠和人類多五倍。開始科學家猜測這應該和裸鼴鼠生活中狹窄的地洞,需要玻尿酸使皮膚更有彈性。
但是實驗發現,將玻尿酸分解掉,會導致裸鼴鼠產生腫瘤,這似乎也給科學家提供了抗癌的新思路(不過目前還沒有進一步研究,所以多擦玻尿酸並不能抗癌)。
此外比如不同於人類的抑癌基因,以及可以準確產生蛋白質,都給癌症預防與治療提供了新的思路,裸鼴鼠也因此在2013年還被《科學》雜誌評為「年度脊椎動物」(並被吐槽為選美大賽必敗動物)。
除此之外,超強的DNA損傷修復能力、高水平的伴侶蛋白和特殊的新陳代謝,使得裸鼴鼠壽命相較其他動物更長,這些機制也逐漸為科學家所研究。
因為神奇的特性,裸鼴鼠一直是科學期刊上炙手可熱的明星,圖為2013年《自然》雜誌封面(圖源:nature)
而除了裸鼴鼠,還有很多類似的生物也因為獨特的生存環境引發的神奇特性,而被科學家所青睞。
比如另一種生存在洞穴中瞎了的動物,洞螈,據調查可以活到100歲;大象因為含有超多的抑癌基因也成為了抗癌研究的方向……
我們看似戰勝了自然,實則還是在向自然學習。
不過話說回來,如果現今出現了鬼舞辻無慘,其他科學家不好說,生物學家應該會希望搶到一點血或者細胞,來研究它的種種特性,說不定人類就跟著長生不老,無慘也能在夕陽下奔跑了(認真思考.jpg)。
陽光看似只是那樣暖洋洋地曬在我們身上,卻不知自然其實在這裡花費了多少心思。
也許照到你身上的那縷陽光,看似平平無奇,其背後蘊含了多少我們不知道的反應,又蘊含著多少的神奇的進化過程呢?
而我們又能學會多少呢?
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