让帝企鹅在非洲草原上奔跑

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  提到冰天雪地的南极,我们会联想到帝企鹅。它们可称得上是这银白世界里的小可爱,时而迈着憨笨的步伐步履蹒跚地行走在冰雪之上,时而欢快地畅游在冰海里,好一派欢愉的景象。
  提到赤日炎炎的非洲,我们会联想到庞大的非洲象。在茂密的热带雨林中,它们拖着沉重的身体,时而躺在参天大树下乘凉,时而在小河边甩起长长的鼻子,喷洒着清凉的河水,消暑纳凉。
  如果此时镜头突变,呈现在你眼前的是帝企鹅在非洲草地上欢乐地奔跑着,非洲象在南极冰雪之上慵懒地散步,你是否觉得这样的画风很滑稽,有悖常理,不可思议?然而值得一提的是,只要你激活了它们体内的神奇小通道,做到这些并非难事。
  究竟是哪条神奇通道呢?原来,地球上每一个生命体的生存和繁衍都需要适应所处环境的温度,而动物适应环境温度的前提,是生命体对温度的精确感知。在多种动物体内,瞬时受体电位离子通道家族的多个成员发挥着温度感受器的作用。
  那么,什么是瞬时受体电位离子通道呢?它是一类在外周和中枢神经系统分布很广泛的通道蛋白,位于全身各处可被激发和不可被激发的细胞中。它们可以被多种刺激源激活,例如温度、压力、体积变化、震动、伸展,以及芥末、山葵、肉桂、大蒜、辣椒、薄荷醇、樟脑。其中,负瞬时受体电位离子通道负责各种感官的反应,包括热、冷、疼痛、压力、视觉和味觉。
  近年来,中国科学院动物研究所的科研团队在理解动物的温度感知机制方面取得了一系列进展。尤其是在2020年,科研团队开展了关于动物低温适应机制的研究。例如小老鼠身体中的瞬时受体电位通道可以被小于28℃的低温激活,这是重要的冷感受器。当研究人员把冷敏感性低的帝企鹅体内的瞬时受体电位离子通道蛋白注射到相对冷敏感性较高的小鼠体内后,小鼠不仅更偏好低温环境,它们对低温的耐受程度也有所提高。由此可以看出,调控瞬时受体电位离子通道的冷敏感性,可以影响动物对环境温度的适应性。那么,同理推测,若生活在炎热环境中的动物,如非洲象、跳鼠和双峰骆驼的体内打开强冷敏感性的瞬时受体电位离子通道,它们便能适应冰天雪地的南极环境;若把生活在寒冷环境中的动物,如帝企鹅、藏羚羊和牦牛的体内打开弱冷敏感性的瞬時受体电位离子通道,它们便能在非洲草原上奔跑。
  那么,如何调控瞬时受体电位离子通道冷敏感性的强弱呢?
  研究人员进一步发现,通过改变瞬时受体电位离子通道的孔区中氨基酸的疏水性,可以特异地调控瞬时受体电位离子通道冷敏感性的强弱。疏水性弱,体内水分子热运动缓慢,外界不容易带走动物体内的热能,这样动物便能在寒冷地区更好地生存;疏水性强,体内水分子热运动加强,能快速发散动物体内的热能,这样动物便能在热带地区更好地生存。
  随着科技的发展,我们可以宏观地调控地球家园上的不同动物在跨地域的环境里生存。这在辅助物种更好地适应它们所处的环境温度的同时,也保护了更多的稀有物种繁衍生息。
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