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黄腹土拨鼠的睡眠习惯为长寿提供线索

这种可爱的啮齿动物可能掌握着延缓人类衰老过程的关键。

作者:Holly Barker
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图片来源:Fremme/Shutterstock

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每年四月,在科罗拉多州的山林中,一种肚子呈黄油吐司色的毛茸茸的生物从被雪覆盖的洞穴中钻出来。在过去的八个月里,黄腹土拨鼠一直处于冬眠状态,以一种悬浮动画的方式生存着,以度过严酷寒冷的冬天。尽管几个月过去了,根据一项新研究的发现,从生物学上讲,这只土拨鼠的年龄与它在初秋进入洞穴时是相同的。

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科学家们早就知道,冬眠具有超越普通美容觉的抗衰老作用。花更多时间处于休眠状态的土耳其仓鼠往往寿命更长。冬眠时间较短的黑熊与端粒的退化有关,端粒是我们染色体末端的保护帽,会随着年龄增长而减少。

但是,冬眠是如何促进长寿的呢?一种理论认为,通过藏匿起来,冬眠者面临的捕食风险和病原体暴露风险较低,从而比同等体型的非冬眠物种寿命更长。虽然这无疑起到了作用,但加州大学洛杉矶分校(UCLA)的科学家们认为,冬眠本身就能阻止衰老。

该团队跟踪了野生土拨鼠的一生,在野外露营记录幼崽从洞穴中出来的出生日期。通过定期采集 DNA 样本,研究人员测量了土拨鼠的生物年龄和实际年龄之间的差异。

生物衰老是指细胞因环境侵害和自然磨损而损伤的累积。在大多数人身上,它与实际年龄 closely 相似,可以通过基因组不同位点的化学标记模式来准确测定。

这些被称为 DNA 甲基化标记的标签,随着我们的年龄增长而重新排列,在一些位点消失,在另一些位点堆积,就像积雪一样。这些标记是一种可遗传的变化,被称为表观遗传修饰,它们的作用就像一个调光器,控制着基因表达。表观遗传标记随时间的迁移是如此持久,以至于可以预测一个人的实际年龄,误差仅在几年之内。

研究人员发现,在土拨鼠冬眠期间,DNA 甲基化显著减缓。只有当土拨鼠爬出洞穴时,它们的生物钟才会开始运转,从而延长了它们的寿命,使其超过同等体型的非冬眠动物。

当土拨鼠冬眠时,它们的体温会骤降至比冰点高几度,新陈代谢也会减弱。“它们每天燃烧一克脂肪,”该研究的负责人、UCLA 生态与进化生物学教授 Daniel Blumstein 解释道。“对于一只五到六公斤的动物来说,这效率非常高。” Blumstein 说,对于 untrained 的眼睛来说,很难判断冬眠的土拨鼠是否还活着,因为它们几乎不呼吸,每分钟只吸一口气。

土拨鼠在冬眠期间并非完全没有生命。事实上,它们会在两周的 inactivity(或称 torpor)期之间循环,期间夹杂着几个小时的苏醒,这是 Gabriela Pinho 在 UCLA 完成博士论文期间进行的研究。Pinho 说,随着冬眠的结束,苏醒的时间会越来越长。

据推测,torpor 和苏醒之间的过渡会引发与衰老相关的细胞事件,包括氧化应激,以及导致 DNA 和细胞结构损伤的高活性化学物质的积累。研究作者认为,成功的冬眠者可能会抑制这些行为,从而减缓衰老过程。

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此外,冬眠的特征——几乎不存在的新陈代谢不进食体温低——都与长寿和降低与年龄相关的疾病风险有关。了解这些过程如何延长寿命,可能有助于开发促进人类健康衰老的疗法。

但最直接的医疗应用是在冷冻保存学领域——即冷冻器官用于移植。研究负责人、UCLA 人类遗传学和生物统计学教授 Steve Horvath 说,冷冻保存学似乎可以阻止组织中 DNA 甲基化标记的重排。这样,器官就能在找到受体之前保持活力。

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土拨鼠的冬眠也有着其他方面的应用。NASA 正在研究如何在其他生物体中模仿冬眠的特征——所谓的合成性 torpor——用于动物,并最终用于长途太空任务的人类船员。如果我们将来派宇航员进行遥远的星际航行,我们可能要感谢黄腹土拨鼠。

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