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金鱼和俄罗斯人有什么共同点?都靠酒过冬啊

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楼主
发表于 2019-8-3 11:49:29  | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 | 阅读模式
金鱼这个呆萌的生物,似乎整天除了在水里漫无目的地游来游去,就剩下投食的时候响应你一下了。关于它,你听过最多的可能是“记忆只有7秒”的谣言,但现在我要告诉你一个金鱼真正的秘密超能力——它们可以通过产生酒精,在缺氧的水中存活很长时间


这个秘密的超能力是数百万年以前遗传变异的结果,帮助金鱼以及它的野外亲戚鲫鱼,在北欧和西伯利亚的池塘中生活下来。这些池塘在冬天被冻得死死的,气体无法在空气和水体之间运动,导致水体中的氧气浓度不足以维持生命,变成水下荒地。

大多数脊椎动物在缺氧状态下只能存活几分钟(裸鼹鼠能存活18分钟,是哺乳动物之最),而鲫鱼却能够在冰封的水塘中度过四到五个月的漫长冬季。可它们究竟是如何在漫长、漆黑又寒冷的北欧冬季生存下来的呢?

答案是酒精!鲫属(Carassius)鱼类用肌肉产生酒精,这一令人惊奇的生物化学反应能帮助它们适应所在的极端环境。整个冬季里,鲫鱼血液的酒精浓度超过50mg/100mL,超过了苏格兰和一些北欧国家醉酒驾车的法定界限,在中国也是在饮酒驾车的范围内。也就是说,它们一年中有三个月基本上都是喝醉的状态。


当漫长的寒夜降临,这些水缸里呆萌又低调的居民,是如何成为调酒师的呢?

如果没有稳定的氧气,线粒体这一细胞的动力来源就无法为生物体提供能量。缺氧的细胞因此不得不寻求无氧的方式,将能量转化为可用形式。但是,这个替代途径效率极低,而且会产生有毒的代谢副产物乳酸——这就是短跑后令你肌肉酸痛的罪魁祸首。

冰下的鲫鱼们就面临着这样两难的困境:在缺氧的环境下,它们的身体需要由无氧呼吸提供能量,但同时也要避免无氧的代谢在血液中产生有毒的副产物乳酸。

这时候,酒精就该登场了。简单来讲,金鱼的骨骼肌能将生成乳酸的物质转化为酒精(乙醇),然后将乙醇排入水中,鲫鱼可以在氧气浓度极低的情况下存活数月。



但其实,酒精并非脊椎动物正常的代谢副产品。否则,哪还用得着啤酒厂、酿酒厂和酒水供应商,直接自己代谢不就好了?所以,自1980年首次发表相关研究以来,科学家们一直不知道鲫鱼究竟是如何完成这一奇特的生物化学反应的。

一般来讲,在无氧呼吸环境下,葡萄糖分解出的丙酮酸,会在酶的作用下变成乳酸,乳酸只能撑一小阵子,氧气重新供应之后乳酸便会再次被氧化成为水和二氧化碳。

这个过程的具体原理很复杂,总之,一串其它的酶形成了丙酮酸脱氢酶复合体,经过好几步转换之后,把丙酮酸转化为乙酰辅酶A(也就是激活了的乙酸),再进入柠檬酸循环(TCA)。如果没有氧气,柠檬酸循环就没法开展,乙酸就会堆积。

而金鱼的无氧呼吸,就让生化学家很迷惑了。用于处理丙酮酸的丙酮酸脱氢酶复合体看起来像是坏掉了,中间产生了乙醛,然后再在乙醇脱氢酶的作用下,被还原成了酒精。乙醛基本上是一种有害的产物,也就是让不太会喝酒的人脸红头晕的东西,机体又怎么会主动生成呢?

具体的生化反应细节如此模糊不清,让凯瑟琳·法格内斯(Catherine Fagernes)和她的导师斯蒂安·埃力弗森(Stian Ellefsen)和高瑞安·尼尔森(Goran Nilsson),以及他们来自奥斯陆大学和利物浦大学的同事颇为不满。为此,他们开始着手解开这个秘密。

科学家们把鲫鱼放在一个“金鱼旅馆”里好几天,让它们分别暴露在氧气充足的水、缺氧的水或缺氧后再充氧的水中。随后,他们检查了鲫鱼的骨骼肌和肝脏,这两个部位与乙醇生产有关;以及它们的心脏和大脑,这两个部位不生产乙醇。

通过在这些部位的随机取样,科学家们得以区分蛋白质功能的变化与产生酒精的不同组织之间的相关性。与此同时,研究小组不仅检查了产乙醇的鲫鱼和金鱼的组织,还检查了不产乙醇、不耐缺氧的普通鲤鱼的组织

他们发现,金鱼和鲫鱼并非由于系统故障而不小心制造出了酒精,而是故意的。金鱼和鲫鱼的丙酮酸脱氢酶复合体与其它动物不一样,之中有一种酶(丙酮酸脱羧酶),能在缺氧的条件下主动生成乙醛,然后再被肌肉中特有的乙醛脱氢酶拿走,用于转变成酒精。这个反应相当于把生成乳酸的原料先一步抢走了。

有趣的是,这个反应只发生在耐缺氧鱼类的肌肉中,而非肝脏、大脑或心脏中。把乙醛转化为乙醇(酒精)的乙醇脱氢酶,也选择性地仅在大量产生酒精的组织中表达。为了更好地生产酒精,这种酶的氨基酸序列会发生一些变化,而不是像哺乳动物一样会把酒精分解掉(比如喝酒的时候你的身体发生的反应)。

仔细一想,把葡萄糖转化为酒精,这不就是酿酒吗?实际上,这种发生在金鱼线粒体里面酶的反应,的确和酿酒酵母细胞溶质里发生的反应原理(丙酮酸脱羧)非常相似。以前,我们也曾在一些植物的根中见过类似的反应途径。但是,在任何“长着脸”的动物体内发现这种酶的存在,都是一件不可思议的事情,尤其是像金鱼这样的宠物。

那么,接下来我们能做些什么呢?很大程度上,我们已经解决了生物化学适应这一惊人壮举的具体细节,因而或许可以从中学到很多东西。金鱼和斑马鱼等鲤科鱼类作为乙醇毒性研究的模型有着悠久而丰富的历史;特别是斑马鱼,已经成为研究酒精耐受性、致敏性以及胎儿酒精综合症影响的一个新模型。

由于长期处于高酒精水平的自然环境中,这些鱼类或许能帮助我们进一步了解自己,了解我们的身体究竟是如何保护我们免受酒精的毒害的






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沙发
发表于 2019-9-17 14:07:24  | 只看该作者
这么强,支持楼主,佩服

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板凳
发表于 2019-12-3 19:01:25  | 只看该作者
向楼主学习

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