長生不老是人類一直都在探討的話題,我們一生太過短暫,在臨死之前總有未了的心愿沒能完成。過去人類尋仙問藥卻一無所獲,如今我們已經開始了解生物的秘密,明白了衰老其實是細胞整體凋亡的過程。
Tips:據《史記·秦始皇本紀》記載:秦始皇二十八年(公元前219年),“齊人徐福等上書,言海中有三神山,名曰蓬萊、方丈、瀛洲,仙人居之。請得齋戒,與童男女求之,于是遣徐福發童男女數千人,入海求仙人。
所以想要長生不老,就需要讓細胞可以重新煥發生機,這樣才有可能實現返老還童的愿望。不過,到底怎么樣才能讓細胞回到最初的狀態,許多學者到現在還沒有找到合適的方法。不過,有一種小型的海洋生物似乎能給我們提供答案,它可以通過逆轉細胞的功能達到永生不死,它就是燈塔水母。
我們人類可以從它身上得到什么啟示呢?
什么是燈塔水母?
燈塔水母是一種廣泛分布在加勒比海、西班牙以及意大利等地的小型水母,大小只有4到5毫米。因為可以從透明的表皮中看到鮮紅的消化系統,所以有了燈塔的名字。
Tips:燈塔水母向外凸出的一面稱外傘面,凹入的一面稱下傘面,下傘面的中央有一下垂的管稱垂唇,垂唇的游離端為口,傘的邊緣有一圈觸手,鉤手水母下傘的邊緣向內伸出一圈窄的膜狀結構,稱為緣膜,緣膜是水螅綱水母的特征。
它是妥妥的肉食生物,可以用自己的觸手捕獲浮游生物和小型的魚蝦。觸手中長有可以分泌毒液的刺絲,纏繞住獵物之后會將其麻痹再送入口中。
最初人們只在加勒比海發現過這種小型水母,不過由于它驚人的繁殖速度,燈塔水母現在已經遍布個大洋了。
Tips:十字水母,是刺胞動物門的一綱,身體由水螅型及水母型聯合形成,形如倒置的喇叭。
和所有水螅水母一樣,燈塔水母也會經歷從受精卵到水螅體,再到碟狀幼體,之后變成水母的過程。有些水母已經丟掉了水螅體的發育階段,直接從受精卵發育成幼體,再變成水母,比如十字水母這樣的缽水母類。
這種水母比燈塔水母的組織結構更加復雜,往往可以長得很大。但是燈塔水母正因為結構簡單,擁有了一個其它生物都不具備的特殊能力,返老還童。
長生不老的神奇能力
燈塔水母是世界上已知的,唯一一個可以從性成熟階段,回歸到幼體階段的生物。在20度的海水下,燈塔水母用25到30天就可以從幼年的水螅體變成成熟體的水母。
Tips: 水螅體的功能是攝取營養,有觸手和口;無觸手和口,內有一子莖,能以出芽方式產生許多水母芽,成熟后又由頂端開口逸出,發育成個體很小的水母。
在生長成成熟體之后,他還可以重新回到水系形態,一只水母最多可以變成上百只水螅體,這些水螅體接著又變成成熟體的水母。
而且每一只水母都有一樣的基因,所以可以看成是一種特殊的無性繁殖階段。從理論上來說,燈塔水母這種返老還童的能力可以無限重復,所以從某種程度上來說是“長生不老”。
Tips: 無性生殖可以分為分裂生殖(細菌及原生生物)、出芽生殖(酵母菌、水螅等)、孢子生殖(蕨類等)、營養生殖(草莓匍匐莖等),具有縮短植物生長周期,保留母體優良性狀的作用。
其實無限分化的無性生殖方式,在很多低級生物身上都可以見到,比如說燈塔水母的遠親海鞘,它和燈塔水母一樣,既可以有性生殖,也可以無性生殖。
不過海鞘的無性生殖不是把自己分裂成好多個幼體,而是通過出芽的方式分裂出一兩個幼體,母體依舊繼續存在。所以燈塔水母的這種完全逆轉的方式,在地球上實屬罕見。
Tips:海鞘是一種生活在海洋的簡單生物,它們最初的生命形態是游泳的幼蟲,類似蝌蚪,尾部有脊索,成年后固著在巖石或其它物體上生活,然后經過變形,成為袋狀的小生物。
燈塔水母的特殊能力引起了科學家的高度關注。一開始的時候,有學者抓捕了十多只燈塔水母進行研究。
他們把水母切成兩半放進培養皿觀察,結果僅僅過了24個小時,被切開的水母就開始了逆向生長,變成了兩只水螅蟲。到了72小時之后,兩只水螅蟲開始生長出觸角,變成了兩只水母。因此燈塔水母長生不老的現象開始被更多人關注。
Tips:不同的水母有不同的形態,水母身體的主要成分是水,其體內含水量一般可達98%以上,并由內外兩胚層所組成,兩層間有一個很厚的中膠層,不但透明,而且有漂浮作用。
到了1996年時,意大利學者Piraino及其團隊開始了對燈塔水母的大規模研究,這次研究人員抓捕了4000多只處于不同發育階段的水母。
他們想通過人工干預的方式,觀察燈塔水母在不同環境下的應對方式。比如饑餓、海水溫度突然改變、鹽度降低以及針扎刺激等等。結果發現,這些水母都不約而同的出現了從成熟水母轉變為水螅體的現象。
而且最神奇的是,哪怕把一只燈塔水母碾碎,只要還有活著的細胞,他就可以再次變成水螅體存活下來。所以對于燈塔水母來說,只要不是被吃掉,或者病毒感染,燈塔水母就可以“長生不老”。
Tips:在自然界中,壁虎也是有自我修復能力的。壁虎在受到驚嚇或者當你去捕捉它的時候,只要一碰到它,它的尾巴就會立即折斷,壁虎也就乘機逃跑了。
不過對于這些實驗,有學者認為判斷過于武斷。燈塔水母的逆轉能力應該是有極限的,想要證明它真的長生不老,需要對一只水母做成千上萬次實驗,才能得出結論。
盡管如此,燈塔水母超強的再生能力依舊有極高的科研價值,對它為什么可以返老還童,科學家也做出了合理的假設。
燈塔水母為什么可以返老還童?
學者認為,燈塔水母的特殊能力,是因為它擁有“再生”基因。世界上所有多細胞生物,都是從一個胚胎干細胞分裂之后變成生命的。
Tips:干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞。 在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。 正是有這技能,干細胞理論上可以用來再生、替代或者修復人體的一些病變的細胞和組織。
最開始的干細胞功能強大,生物所有的細胞都是由它分裂而成的。在這個過程中,細胞會出現不同的變化,成為帶有不同功能的細胞,比如說負責傳遞電信號的神經元,以及有收縮功能的肌肉細胞等等。
當這些細胞分化完成之后,它們再次分裂也只能產生出相同種類的細胞,只有干細胞可以隨心所欲地分化成任何體細胞。
Tips:體細胞是一個相對于生殖細胞的概念。它是一類細胞,其遺傳信息不會像生殖細胞那樣遺傳給下一代。
燈塔水母之所以可以再次變成水螅幼體,就是因為它的體細胞可以再次變回干細胞,接著再次經歷生長發育的階段。之所以演化出這種特殊的繁殖方式,應該是為了自保。
在生物漫長的演化中,所有高級動物一般都選擇有性生殖繁育后代,因為有性生殖帶來的好處太大了。
我們所處的環境總是在不斷變化,所以想要在地球上永遠存續下去,就一定要跟上環境的變化。而有性生殖是目前最好的辦法。它可以讓種群里的生物相互交換染色體,讓更加有利于生存的基因更快地在種群中擴散,而且精卵結合帶來的融合突變,也讓這個種群的基因更加多樣。
Tips:基因是產生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列。基因支持著生命的基本構造和性能。儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。
只有這樣,這個種群在面對自然選擇的過程中,才有更大的容錯幾率,不管遭遇什么樣的環境變化,總會有少數成為辛存者繼續把族群發展壯大。所以現在地球上的物種,都在向著有性繁殖演化。
燈塔水母也是如此,它可以通過有性繁殖生育后代,不過幾率實在太小。它們會把精細胞直接產在海里,其他燈塔水母將其捕獲之后,才會進行有性繁殖。
對于燈塔水母來說,如果有性生殖是為了換取未來更大的可能性的話,那么無性生殖就是為了避免種群消亡而做的保命手段。
Tips:世界地球日即每年的4月22日,是一個專為世界環境保護而設立的節日,旨在提高民眾對于現有環境問題的意識,并動員民眾參與到環保運動中,通過綠色低碳生活,改善地球的整體環境。
讓科學家感到不安的是,現在各大洋中的燈塔水母大多都有相同的基因,也就是說,現在地球環境,讓燈塔水母更多地開始自保,而不是演化了。這個問題我們先按下不表,等到以后說環境變化的時候再說吧。這次我們關心的是燈塔水母超強的再生能力,這對我們來說又意味著什么呢?
人體可以像燈塔水母一樣再生嗎?
其實人體中也有再生基因,只是因為我們的身體過于復雜,所以沒有辦法再生出一整套組織器官來。比如說斷掉一只胳膊,我們就沒有辦法再生,但是其他的單個組織還是擁有強大的再生能力。
Tips:肝臟,人體臟器名,五臟之一。是脊椎動物身體內以代謝功能為主的一個器官,并在身體里面充分扮演著去氧化,儲存肝糖,分泌性蛋白質的合成等等。肝臟也制造消化系統中之膽汁。
其中最厲害的是人的肝臟,它是人體內再生能力最強大的器官。當遇到損傷或者手術切除一部分之后,只需要3到6個月,肝臟就可以長回原本的大小。
研究顯示,只要保留下來的部分超過30%,肝臟就可以通過自己超強的再生功能恢復到正常水平。不過肝臟的再生功能是通過肝細胞自己分裂完成的,和燈塔水母退回干細胞的狀態完全不同。
人類無法再退回胚胎干細胞的能力,它只存在于我們的胚胎發育階段。不過一個成年人體內,依舊有不同種類的成體干細胞。它的分化能力比胚胎干細胞要弱,只可以完成某個組織細胞的分化。
Tips:造血干細胞(Hematopoietic stem cells, HSCs) 是血液系統中的成體干細胞,是一個異質性的群體,具有長期自我更新的能力和分化成各類成熟血細胞的潛能。
比如說骨髓中的造血干細胞,它可以分化成運輸氧氣的紅細胞,還有可以吞噬外來細菌的白細胞以及幫助傷口結痂的血小板。
除此之外,還有可以修復肌肉組織的肌肉微星細胞,修復神經的神經干細胞等等。這些干細胞已經有了分化的傾向,不可能再變成一個完整的人體。不過現在科學家已經開始嘗試,讓這些成體干細胞,退回最原始的胚胎干細胞狀態。目前最有前景的研究,就是人工異種嵌合體技術。
Tips:人體肌肉約639塊。約由60億條肌纖維組成,其中最長的肌纖維達60厘米,最短的僅有1毫米左右。
這是一種把不同物種的干細胞,注入到其他物種胚胎中發育成混合生物的技術。比如說斯坦福大學的干細胞生物學家Hiro Nakauchi教授,將人的干細胞注入了羊的胚胎里,最終發育成了一個擁有1%人類細胞的羊胚胎,雖然這項研究已經因為人倫道德的原因,停止了實驗,但這對學者來說依舊是最大的鼓勵。
因為我們以后可能真的能從其他動物身上,培養出人的器官,然后再把它移植回人體,這樣就可以避免器官移植中出現的排異反應,極大的延長人類的壽命。
Tips:2017年,Nakauchi發表文章Interspecies organogenesis generates autologous functional islets,再次獲得大鼠-小鼠嵌合體,只不過這次是大鼠貼內攜帶著小鼠細胞來源的大鼠胰腺。而且還將異種嵌合得到的小鼠胰島用于移植,并成功治愈糖尿病小鼠。
除此之外,日本在2010年的時候就完成了大鼠和小鼠的異種嵌合體實驗。他們成功地讓小鼠體內長出了大鼠的胰腺,這也是現在走在前列的研究之一。
我國也在積極研究,并在19年時完成了豬猴嵌合體實驗,讓一只兩只豬仔體內,有了食蟹獼猴的細胞,不過可惜的是這兩只豬仔在出生一周后因為不明原因死亡了。研究認為可能是試管授精的過程中出了差錯,而不是嵌合體的問題,因為當初和嵌合體一起產下來的還有八只正常豬仔,最后都全部死亡。
現在,這種技術被倫理道德束縛,難以前進。比如說人類與其他生物的嵌合體,只能在胚胎發育階段培養一個月,之后都要完全銷毀。希望人類社會以后能更加開明,讓學者在研究永生的道路上可以越走越遠。
結語
就像我們上面提到的,燈塔水母退回干細胞狀態的特性,已經受到全世界生物學家的注意。人類雖然沒有辦法再次從體細胞轉變成胚胎干細胞,但通過上面說的嵌合體方式,或許就可以讓其他動物長出我們自己的器官用來移植。
Tips:大腦主要包括左、右大腦半球,是中樞神經中最大和最復雜的結構,也是最高部位,是調節機體功能的器官,也是意識、精神、語言、學習、記憶和智能等高級神經活動的物質基礎。
不過這對人類實現永生的希望來說只是一小步,因為器官移植也只能延長生命,只有完全復制大腦和記憶,人類才能真正實現永生。可惜的是,目前還沒有發現什么生物,可以把記憶遺傳給自己的后代,所以這條路人類只能自己摸著石頭過河。
希望在我們的有生之年,人類可以找到永生的方法吧。歡迎大家給我們留言和點贊哦~我們下期見