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扬子鳄:超强潜水能力与基因科普

【摘要】:鳄鱼的心脏在危急情况下能中止对肌肉供血,以确保大脑供氧充足。以扬子鳄为例,输氧相关的基因在血液中格外丰富,氧气运输能力可按需扩增。扬子鳄对血红蛋白和碳酸氢盐的结合能力比其他动物强,可有效避免缺氧状态下由血液变酸引发的酸中毒[1]。再加上能量代谢相关基因的优势[2],扬子鳄憋起气来更加绵长,潜水可长达2小时之久。但从目前的技术手段看,单靠修改基因来复制扬子鳄经过数亿年演化而来的超强潜水能力,还不太现实。

鳄鱼的历史,可追溯到恐龙时代。当昔日称霸世界的恐龙消失后,在亚热带、热带地区的河沟中,鳄鱼仍然像其祖先那样蛰伏和捕猎。能将命脉自恐龙时代延续近亿年,鳄鱼不可能只靠运气,鳄鱼将最神奇的东西都深藏在基因之中。可以说,伟大的基因才是鳄鱼种群生存至今的根本原因。

作为一种顶级掠食动物,经过长期的演化,鳄鱼基因组中很多与视觉和嗅觉相关的基因都发生了多次复制,为鳄鱼带来了非常发达的感官系统。

鳄鱼的瞳孔垂直细长,宛似一道缝隙,适合夜间捕猎,还可遮蔽烈日,以防侵害。纵使潜入深水,一层瞬膜(nictitating membrane)总能覆住双眼,如同人类的泳镜,使鳄鱼对水下情况一览无余。因此,“鳄鱼的眼泪”并非假作慈悲,其实是养护瞬膜,相当于鳄鱼的“眼药水”。嗅觉基因表达的上调,足以让鳄鱼在能见度极低的浑水中准确锁定猎物,只要有一点儿血腥味,鳄鱼就有可能闻味儿而来。

鳄鱼的瞳孔垂直细长

仅仅拥有优秀的视觉和嗅觉,还不足以令鳄鱼成为顶级猎手。鳄鱼喉咙背侧有次生腭,可充当食管、气管的阀门,能自由掌控水流进入。耳盖和眼睑能保护内耳和角膜,增厚的肺壁则避免了潜水时的高压强环境对肺的破坏。鳄鱼的心脏在危急情况下能中止对肌肉供血,以确保大脑供氧充足。

更稀奇的是,鳄鱼有一件终极武器——比一般生物更高效的氧气输送系统。(www.chuimin.cn)

鳄鱼的祖先本是陆生生物,早已适应陆地生活。那么,当习惯用肺呼吸的动物重新下到水里时,首先要解决的便是如何获得充足氧气的问题。显然,重新演化出鳃部已然不可能。鳄鱼另辟蹊径,通过提高血液输送氧气的能力,减少出水换气的频率。

以扬子鳄为例,输氧相关的基因在血液中格外丰富,氧气运输能力可按需扩增。扬子鳄对血红蛋白和碳酸氢盐的结合能力比其他动物强,可有效避免缺氧状态下由血液变酸引发的酸中毒[1]。再加上能量代谢相关基因的优势[2],扬子鳄憋起气来更加绵长,潜水可长达2小时之久。

他山之石可以攻玉,如果可以通过基因编辑修改人类基因,是不是就能提高潜水能力?是不是人人都能像《水浒传》中的“浪里白条”张顺一样,“水底下伏得七日七夜[3],水里行似一根白条”,成为潜水冠军呢?

上述情景,想想就令人兴奋不已。但从目前的技术手段看,单靠修改基因来复制扬子鳄经过数亿年演化而来的超强潜水能力,还不太现实。比如被称作“海上吉卜赛人”的东南亚巴瑶族人,是最善于潜水的人类种群,但他们潜水的极限时长也不过十几分钟而已。