人在水底最多能停留幾分鐘,，即使是訓(xùn)練有素的游泳健將也需要頻繁地呼吸空氣。人類大腦需要源源不斷的氧氣,，運(yùn)動時更是如此,。比人類相比，生活在南極威德爾海的海豹則不同,。海面覆蓋著一層厚厚的海冰,，下面超低的氧氣濃度可以將人快速致死，而在其中生活的海豹卻怡然自樂,。這些動物屏氣長達(dá)90分鐘時也能保持活躍和敏銳,。那么，它們究竟有什么秘密武器呢,？
科學(xué)日報報道,，在加州大學(xué)的生態(tài)學(xué)、生物進(jìn)化學(xué)教授特瑞·威廉斯（TerrieWilliams）的指導(dǎo)下,，莎塔·克茹滋研究員（SantaCruz）的研究為大家揭開了謎底——這歸功于一種稱為“球蛋白”的蛋白質(zhì),。據(jù)研究，已知有16種哺乳動物大腦皮層含有球蛋白,，主要起運(yùn)載氧氣的功能,。諸如海豚、鯨和水獺等動物體內(nèi)的球蛋白含量高于一般動物,，在供氧不足的情況下可保護(hù)腦,。威廉斯教授介紹道：“事實(shí)上，不同物種的球蛋白數(shù)量差異相當(dāng)大,，有些物種比其它物種的球蛋白數(shù)量高出3－10倍,。這些物種可以幫助我們找到哺乳動物腦球蛋白的保護(hù)機(jī)理,。”
威廉斯對她們的研究抱有重望，期望從中探究人類中風(fēng)和老化現(xiàn)象,。高水平的球蛋白究竟是與生俱來還是由后天的行為和環(huán)境促成,？雖然答案目前尚未明晰，但是可以確定動物體內(nèi)球蛋白的含量是后天可以改變的,。她相信一旦找到人類腦中球蛋白的激活方式,，由疾病、老化等導(dǎo)致的腦損傷必將能化解到最小化,。
“我們通過比較研究發(fā)現(xiàn)哺乳動物似乎具備增加球蛋白的特殊能力,。人能具備這種能力嗎？人能通過腦的再造來改善生存嗎,？答案尚且未知,，但是問題值得深入研究。
這項(xiàng)研究于12月18日在《英國皇家學(xué)會會報,，B輯：生物科學(xué)》的網(wǎng)站上以“奔跑,、游泳和潛水改造了哺乳動物腦中保護(hù)神經(jīng)的球蛋白”的標(biāo)題發(fā)表，威廉斯是第一作者,。
其實(shí),，對于海洋哺乳動物的這項(xiàng)的特殊能力，科學(xué)們的探索由來已久,。常見的解釋是經(jīng)過進(jìn)化它們已經(jīng)具備較強(qiáng)的生理適應(yīng)能力以促進(jìn)氧氣傳導(dǎo)至腦,，例如較高的毛細(xì)血管密度和血液流均有助于此?？墒墙鼇硗沟膱F(tuán)隊(duì)以及其他學(xué)者的研究推翻了以上理論,，因?yàn)槿绻麅H僅源于生理適應(yīng)，水下短短幾分鐘仍然可使血氧水平垂直下降,。所以海洋哺乳動物在低氧時如何保護(hù)重要器官仍舊是迷,。
一些未知因素似乎在起作用。威廉斯將目光轉(zhuǎn)向了2000年新發(fā)現(xiàn)的球蛋白——神經(jīng)球蛋白和細(xì)胞球蛋白,。這兩種球蛋白存在于腦組織,，區(qū)別于血液循環(huán)系統(tǒng)中起類似作用的含鐵蛋白質(zhì)混合物——血紅蛋白和僅在肌肉組織中傳遞氧氣的分子化合物——肌血球素。
科學(xué)家們?nèi)栽谔剿鬟@些腦球蛋白的物理化學(xué)性質(zhì),。威廉斯解釋道,，迄今的證據(jù)證明細(xì)胞球蛋白在氧濃度極低時也能有效的將氧從血液轉(zhuǎn)移至腦中，另一方面,，神經(jīng)球蛋白似乎可以阻止化學(xué)性質(zhì)活潑的氧合成破壞性的自由基,，所以兩種球蛋白的合作可保持腦在供養(yǎng)不足時的正常機(jī)能。
為了驗(yàn)證以上假設(shè),，威廉斯組成了一支由分子生物學(xué)家,、生物化學(xué)家和獸醫(yī)組成的研究團(tuán)隊(duì)開展研究,。，他們想知道腦中的球蛋白種類和量是否與各種野生哺乳動物的行動類型相關(guān)聯(lián),。他們通過國家的動物控制項(xiàng)目或者死于高速公路,、漁場副產(chǎn)物、擱淺等方式,，共收集了14種陸地哺乳動物和23種海洋哺乳動物的腦組織,。專家們檢測了所有樣本大腦皮層中的血色素和常住球蛋白——神經(jīng)球蛋白和細(xì)胞球蛋白。合作研究者,、來自加利福尼亞大學(xué)圣迪戈分校的化學(xué)和生物化學(xué)專家大衛(wèi)·克里格（DavidKliger）教授在實(shí)驗(yàn)室里采用了分光光度技術(shù)來測量這些動物臨死時腦中微量球蛋白的種類和數(shù)量,。
研究結(jié)果顯示陸地、游泳和潛水三類動物體內(nèi)的球蛋白水平具有顯著差異,。和陸地哺乳動物相比,，海洋哺乳動物的血色素含量更高，腦組織由于含鐵量較豐富使得顏色也更深,。不過研究結(jié)果并不完全如預(yù)想：在淺海較活躍的海豚,、海獅和海獺神經(jīng)球蛋白量高于深海中的鯨。他們還發(fā)現(xiàn)三只山貓腦內(nèi)的球蛋白高含量驚人,，不同于狐貍、山狗等狗科動物,。威廉斯對此的解釋是：可能是因?yàn)橄窦才芤粯拥膭×一顒雍推翚鉂撍粯佣寄艽碳で虻鞍住?/p>
加利福尼亞大學(xué)圣迪戈分校講授分子,、細(xì)胞和發(fā)生生物學(xué)的講師苒婉妮（Zavanelli）認(rèn)為雖然謎底還沒有最終揭曉，但是已經(jīng)邁出了第一步,。她通過基因表達(dá)分析法對測量腦組織中球蛋白種類和含量的技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),，由此證實(shí)不同物種之間確實(shí)存在差異。她補(bǔ)充道：“這項(xiàng)生物研究十分復(fù)雜,，不可能即刻得出結(jié)論,，不過從技術(shù)上來講十分簡單易懂。眼下問題的關(guān)鍵是收集足夠多的優(yōu)質(zhì)野生動物腦組織,。”
隨著項(xiàng)目的推進(jìn),，研究內(nèi)容可能擴(kuò)展到球蛋白與長壽之間的關(guān)系。大頭鯨可以活到211歲,，它們是怎樣保護(hù)腦的,？它們是否同樣會遭受中風(fēng)的折磨？威廉斯對此十分關(guān)注,。她說：“它們可能已經(jīng)解決了腦老化問題,。神經(jīng)球蛋白為我們進(jìn)一步的探索打開了一扇窗。”(王菲)
