「母乳」为了哺乳,这些母亲不惜吃掉肠道,奔向死亡
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原文标题:为了哺乳,这些母亲不惜吃掉肠道,奔向死亡
图片来源:Bob Goldstein
有一种哺乳,叫做自杀式哺乳。
撰文 | 栗子
审校 | clefable
有种动物在生下小孩之后,竟会开始融化自己的重要器官,并加速奔向死亡。
那是一种蠕虫,名叫秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)。先前,科学家们观察到它们这种无异于自杀的行为,只以为是患上了与衰老有关的疾病,不觉得有什么特别的意义。
不过现在,来自伦敦大学学院的研究团队发现,线虫做出这样的牺牲,是为了给幼崽输送有营养的 " 母乳 ",帮助它们存活下去。最近,科学家们把这项研究发表在《自然 · 通讯》杂志上。
那不是没有用的分泌物
与其他许多动物相比,秀丽隐杆线虫的 " 母亲 " 十分特殊。
它们虽然产下了幼崽,却不是通常意义上的雌性。严格说来,秀丽隐杆线虫这个物种中根本没有雌性,除了极少数是雄性之外,都是雌雄同体,兼有雌性和雄性的生殖器官。
特殊的 " 母亲 " 就是指这些雌雄同体的线虫。你或许已经想到,它们是自己给自己授精然后产子的。由于每只线虫体内储存的精子数量有限,用完时生殖活动也就结束了,剩下 100 多个未受精的卵母细胞。
更奇怪的是,线虫母亲停止生育之后,便开始从阴门(也就是生殖孔)处分泌出卵黄。开头提到的 " 母乳 " 指的就是它。
卵黄从线虫母亲的阴门排出 (图片来源:University College London)
科学家之所以能观察到卵黄排出,是因为他们事先用绿色荧光蛋白标记了卵黄原蛋白(vitellogenin,构成卵黄的蛋白),以追踪卵黄的去向。哪里有绿色荧光,哪里就有卵黄。研究团队看到,绿色荧光出现在幼虫的肠腔里,这就表示幼虫真的摄取了来自母体的 " 卵黄奶 "(yolk milk)。
通过检测荧光出现的位置,科学家还发现:线虫排出的卵黄有一部分是游离的,另一部分则是藏在未受精的卵母细胞里。研究团队推测,这些卵母细胞也参与了母乳的运输,可能充当了母亲给婴儿喂奶的奶瓶。实验也证明,不论是游离的卵黄还是卵母细胞携带的卵黄,都会被幼虫消耗。
那么,线虫宝宝吃了卵黄奶又会怎样呢?
科学家决定测试一番:实验组把刚产完卵的母亲立刻移出培养皿(无法向幼虫提供母乳),而对照组则让产卵后的线虫母亲继续留在培养皿上。48 小时后发现,用卵黄喂养的幼虫明显生得更长。而当团队把培养皿里刚产完卵的线虫母亲,换成无法正常生产卵黄奶的替身母亲时,幼虫也不如母亲正常哺乳时生得长。
左边实验为移走线虫母体,右边实验为将线虫母体换为无法正常哺乳的 " 替身 ";灰色为母体正常向幼虫哺乳的对照组,蓝色为实验组,生长较缓;纵轴为幼虫身长,单位毫米(图片来源:原论文)
这就是说,卵黄奶的确能够帮助线虫的幼虫茁壮生长。甚至当幼虫 " 断奶 " 改为食用大肠杆菌之后,曾经吃过母乳的那些个体,依然比其他同类长得更快。
看到这里,你可能想问:生得快生得长,有什么用呢?
科学家说,当秀丽隐杆线虫刚刚来到一片新领地,它们会开始快速地繁殖。这也意味着,线虫种群将迅速消耗新领地的食物,随后可能出现资源不足的情况。此时,得到母乳喂养的幼虫,相当于赢在了起跑线,可能比其他同伴更有机会活下去。
母亲把器官变成了乳汁
只是,幼虫尽情享用乳汁的时候,可能不会想到,它们的母亲是在用生命哺乳。
或许你还记得,秀丽隐杆线虫的母乳是卵黄。但要排出这种营养丰富的乳汁,母亲就必须通过自噬作用消化掉自己的肠道,用构成肠道的那些物质来合成卵黄。也就是说,线虫母亲是把自己的重要器官转化为卵黄,才为幼虫的生长提供了充足的营养。
这样的哺乳行为,会对母体造成严重的伤害。肠道萎缩自不必说,卵黄分泌导致脂蛋白在细胞外堆积,危害也同样不可小视。这些都是与衰老相关的病症,也可以叫 " 老年病 "。
包含以上两种疾病,科学家一共在线虫母亲身上观察到了 5 种 " 老年病 "。他们惊讶地发现,这些疾病不是在线虫的生命快到尽头时才开始出现的,而是早就出现了:
一只雌雄同体的秀丽隐杆线虫,寿命通常在 20 天左右。在第 3~4 天,科学家已经能在线虫身上观察到这 5 种疾病,而这个时间与它们耗尽体内精子、停止生殖的时间基本吻合。
5 种疾病在第 10~12 天达到最严重的程度,由上至下:咽部腐烂、性腺萎缩、子宫肿瘤、假体腔脂蛋白积聚、肠道萎缩(图片来源:10.1016/j.cub.2018.06.035)
由此科学家推测,线虫吃掉自己的肠道这件事,或许不止是机体老化过程中患上的 " 老年病 ",更有可能加速线虫的衰老,缩短它们的寿命。
如何才能延长寿命
想到这里,科学家便把目光转向了线虫体内操控这个自噬过程的机制:胰岛素 / 胰岛素样生长因子信号(IIS)通路。他们的思路是,一旦破坏了这个通路的运转,就可能延长线虫的生命。
此前已有其他研究团队,通过基因编辑来抑制 IIS 通路,最高把秀丽隐杆线虫的寿命延长到了原来的 10 倍。也就是说,通常只能活 3-4 周的线虫,在基因改造后拥有了数月的寿命。
结合此次新的研究成果,科学家认为线虫寿命得以延长,很有可能是因为抑制了卵黄奶的合成,也就抑制了肠道的萎缩和脂蛋白的堆积,这些变化让线虫能够健康地生活。反过来说,线虫吃掉自己的肠道,很可能是导致寿命缩短的行为。
那么,大自然为什么会替秀丽隐杆线虫选择这样一种 " 折寿 " 的行为?科学家提出了一种可能性:自杀式哺乳虽然不能增加自身的适应性,但有助于增加整个线虫种群的适应性,所以才在自然选择的长河里保存了下来。
至于学界为何如此关心秀丽隐杆线虫的寿命,并利用它们来研究衰老相关的问题,还在于这种动物既有简单的生理结构,又与人类有许多相似之处。
图片来源:Unsplash
比如,IIS 通路不只是线虫才有,也存在于人类和许多其他动物体内,且和衰老相关。长久以来,科学家一直希望能从线虫身上找到帮助人类延长寿命的方式。
从这个角度上说,一旦确定了抑制 IIS 能帮助线虫延长寿命,只是因为抑制了线虫这种特殊的自杀式哺乳的方式,那这种控制衰老的思路也许很难推广到人类身上。
但这次发表研究成果的团队也没有放弃,他们相信线虫身上还有许多和衰老相关的机制,等待人们去挖掘,并最终为人类带来福音。
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