金魚(yú)和俄羅斯人有什么共同點(diǎn)？都靠酒精過(guò)冬啊

零壹貳012 2019-08-03

展開(kāi)全文

金魚(yú)這個(gè)呆萌的生物，似乎整天除了在水里漫無(wú)目的地游來(lái)游去，就剩下投食的時(shí)候響應(yīng)你一下了。關(guān)于它，你聽(tīng)過(guò)最多的謠言可能是“記憶只有7秒”。但現(xiàn)在，我要告訴你一個(gè)金魚(yú)真正的秘密超能力——它們可以通過(guò)產(chǎn)生酒精，在缺氧的水中存活很長(zhǎng)時(shí)間。

搖擺~搖擺~~圖片：SOOGIF

這個(gè)秘密的超能力是數(shù)百萬(wàn)年以前遺傳變異的結(jié)果，它能幫助金魚(yú)以及它的野外親戚鯽魚(yú)，在北歐和西伯利亞的池塘中生活下來(lái)。這些池塘在冬天被凍得死死的，氣體無(wú)法在空氣和水體之間運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水體中的氧氣濃度不足以維持生命，變成水下荒地。

大多數(shù)脊椎動(dòng)物在缺氧狀態(tài)下只能存活幾分鐘（裸鼴鼠能存活18分鐘，是哺乳動(dòng)物之最），而鯽魚(yú)卻能夠在冰封的水塘中度過(guò)四到五個(gè)月的漫長(zhǎng)冬季。它們究竟是如何在漫長(zhǎng)、漆黑又寒冷的北歐冬季生存下來(lái)的呢?

答案是酒精。鯽屬（Carassius）魚(yú)類用肌肉產(chǎn)生酒精，這一令人驚奇的生物化學(xué)反應(yīng)能幫助它們適應(yīng)所在的極端環(huán)境。整個(gè)冬季里，鯽魚(yú)血液的酒精濃度超過(guò)50mg/100mL——超過(guò)了蘇格蘭和一些北歐國(guó)家醉酒駕車的法定界限，在中國(guó)也是在飲酒駕車的范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，它們一年中有三個(gè)月基本上都是“喝醉”的狀態(tài)。

圖片：GIPHY

當(dāng)漫長(zhǎng)的寒夜降臨，這些水缸里呆萌又低調(diào)的居民，是如何成為“調(diào)酒師”的呢？

如果沒(méi)有穩(wěn)定的氧氣，線粒體這一細(xì)胞的動(dòng)力來(lái)源就無(wú)法為生物體提供能量。缺氧的細(xì)胞因此不得不尋求無(wú)氧的方式，將能量轉(zhuǎn)化為可用形式。但是，這個(gè)替代途徑效率極低，而且會(huì)產(chǎn)生有毒的代謝副產(chǎn)物乳酸——這就是短跑后令你肌肉酸痛的罪魁禍?zhǔn)住?/section>

冰下的鯽魚(yú)們就面臨著這樣兩難的困境：在缺氧的環(huán)境下，它們的身體需要由無(wú)氧呼吸提供能量，但同時(shí)也要避免無(wú)氧的代謝在血液中產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物乳酸。

這時(shí)候，酒精就該登場(chǎng)了。簡(jiǎn)單來(lái)講，鯽魚(yú)的骨骼肌能將生成乳酸的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為酒精（乙醇），然后將乙醇排入水中，從而可以在氧氣濃度極低的情況下存活數(shù)月。

但其實(shí)，酒精并非脊椎動(dòng)物正常的代謝副產(chǎn)品。所以自1980年首次發(fā)表相關(guān)研究以來(lái)，科學(xué)家們一直不知道鯽魚(yú)究竟是如何完成這一奇特的生物化學(xué)反應(yīng)的。

一般來(lái)講，在無(wú)氧呼吸環(huán)境下，葡萄糖分解出的丙酮酸，會(huì)在酶的作用下變成乳酸；乳酸只能撐一小陣子，氧氣重新供應(yīng)之后乳酸便會(huì)再次被氧化成為水和二氧化碳。

這個(gè)過(guò)程的具體原理很復(fù)雜，總之，一串其它的酶形成了丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，經(jīng)過(guò)好幾步轉(zhuǎn)換之后，把丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A（也就是激活了的乙酸），再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)（TCA）。如果沒(méi)有氧氣，檸檬酸循環(huán)就沒(méi)法開(kāi)展，乙酸就會(huì)堆積——生物狗是不是回想起被TCA支配的恐懼？

成群結(jié)隊(duì)的金魚(yú)，總之缺氧也OK。圖片：pxhere

而金魚(yú)的無(wú)氧呼吸，就讓生化學(xué)家很迷惑了。用于處理丙酮酸的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體看起來(lái)像是壞掉了，中間產(chǎn)生了乙醛，然后再在乙醇脫氫酶的作用下，被還原成了酒精。乙醛基本上是一種有害的產(chǎn)物，也就是讓不太會(huì)喝酒的人臉紅頭暈的東西，機(jī)體又怎么會(huì)主動(dòng)生成呢？

具體的生化反應(yīng)細(xì)節(jié)如此模糊不清，讓凱瑟琳·法格內(nèi)斯（Catherine Fagernes）和她的導(dǎo)師斯蒂安·埃力弗森（Stian Ellefsen）和高瑞安·尼爾森（Goran Nilsson），以及他們來(lái)自?shī)W斯陸大學(xué)和利物浦大學(xué)的同事頗為不滿。為此，他們開(kāi)始著手解開(kāi)這個(gè)秘密。

科學(xué)家們把鯽魚(yú)放在一個(gè)試驗(yàn)容器里好幾天，讓它們分別暴露在氧氣充足的水、缺氧的水或缺氧后再充氧的水中。隨后，他們檢查了鯽魚(yú)的骨骼肌和肝臟，這兩個(gè)部位與乙醇生產(chǎn)有關(guān)；以及它們的心臟和大腦，這兩個(gè)部位不生產(chǎn)乙醇。

通過(guò)在這些部位的隨機(jī)取樣，科學(xué)家們得以區(qū)分蛋白質(zhì)功能的變化與產(chǎn)生酒精的不同組織之間的相關(guān)性。與此同時(shí)，研究小組不僅檢查了產(chǎn)乙醇的鯽魚(yú)和金魚(yú)的組織，還檢查了不產(chǎn)乙醇、不耐缺氧的普通鯉魚(yú)的組織。

他們發(fā)現(xiàn)，金魚(yú)和鯽魚(yú)并非由于系統(tǒng)故障而不小心制造出了酒精，而是故意的。金魚(yú)和鯽魚(yú)的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體與其它動(dòng)物不一樣，其中有一種酶（丙酮酸脫羧酶），能在缺氧的條件下主動(dòng)生成乙醛，然后再被肌肉中特有的乙醛脫氫酶拿走，用于轉(zhuǎn)變成酒精。這個(gè)反應(yīng)相當(dāng)于把生成乳酸的原料先一步搶走了。

有趣的是，這個(gè)反應(yīng)只發(fā)生在耐缺氧魚(yú)類的肌肉中，而非肝臟、大腦或心臟。把乙醛轉(zhuǎn)化為乙醇（酒精）的乙醇脫氫酶，也選擇性地僅在大量產(chǎn)生酒精的組織中表達(dá)。為了更好地生產(chǎn)酒精，這種酶的氨基酸序列會(huì)發(fā)生一些變化，而不是像哺乳動(dòng)物一樣會(huì)把酒精分解掉（比如喝酒的時(shí)候你的身體發(fā)生的反應(yīng)）。

仔細(xì)一想，把葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精，這不就是釀酒嗎？實(shí)際上，這種發(fā)生在金魚(yú)線粒體里面的酶促反應(yīng)，的確和釀酒酵母細(xì)胞溶質(zhì)里發(fā)生的反應(yīng)原理（丙酮酸脫羧）非常相似。以前，我們也曾在一些植物的根中見(jiàn)過(guò)類似的反應(yīng)途徑。但是，在任何“長(zhǎng)著臉”的動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)這種酶的存在，都是一件不可思議的事情，尤其是像金魚(yú)這樣的動(dòng)物。

“長(zhǎng)著臉”的貓就沒(méi)有這種能力了。圖片：Pixabay

那么，接下來(lái)我們能做些什么呢？很大程度上，我們已經(jīng)解決了生物化學(xué)適應(yīng)這一驚人壯舉的具體細(xì)節(jié)，因而或許可以從中學(xué)到很多東西。金魚(yú)和斑馬魚(yú)等鯉科魚(yú)類作為乙醇毒性研究的模型，有著悠久而豐富的歷史；特別是斑馬魚(yú)，已經(jīng)成為研究酒精耐受性、致敏性以及胎兒酒精綜合癥影響的一個(gè)新模型。

由于長(zhǎng)期處于高酒精水平的自然環(huán)境中，這些魚(yú)類或許能幫助我們進(jìn)一步了解自己，了解我們的身體究竟是如何保護(hù)我們免受酒精的毒害的。

編譯來(lái)源：

本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，不代表本站觀點(diǎn)。請(qǐng)注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購(gòu)買(mǎi)等信息，謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。

轉(zhuǎn)藏 分享

QQ空間 QQ好友新浪微博微信

獻(xiàn)花（0） +1

來(lái)自：零壹貳012 > 《魚(yú)綱》

舉報(bào)/認(rèn)領(lǐng)