把長頸鹿基因轉(zhuǎn)入老鼠，老鼠沒長出長脖子，但...

出品：科普中國

制作：蘇澄宇

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

長頸鹿，一種在大草原上頗為顯眼的動物。長長的脖子引來大家許多奇怪的問題，在知乎上你可以看到很多和長頸鹿相關(guān)的迷思，比如長頸鹿要怎么喝水？長頸鹿會有頸椎病嗎？長頸鹿要是想吐怎么辦？長頸鹿是不是容易被閃電劈中？長頸鹿想吐的時候怎么辦？……

這些奇奇怪怪的迷思只因它有著地球上最長的脖子。長頸鹿這么長的脖子，好處當(dāng)然不只是為了吃到高處的葉子，還可以獲得更高的視線、更廣的視野，以及相較于那些短脖子動物，更輕易捕食它們想要的動物。

上述那些問題，我都有過科普回答，如果感興趣的話，你可以搜索看到。今天我們來討論另一個長頸鹿的問題，一個更關(guān)乎長頸鹿生存的問題：長頸鹿脖子那么長，它把血液從心臟供上頭部是不是很困難？

圖源：sciencealert

擁有強心臟的長頸鹿

我們都知道要想把深井里的水打上來，除了用繩子綁一個桶沉下去把水舀起來，還有一個辦法就是用水泵。一般來說，泵可以增加水的壓力，增加壓力后可以獲得更大的推進(jìn)力，這種推進(jìn)力可以把水從地底下推上來，越深的井需要的泵的排出壓力更大。

而動物強有力的心臟就是天然的泵，通過心室肌有節(jié)律地收縮和舒張，把血液輸送到身體各處。對于大多數(shù)哺乳動物來說，心臟和頭部之間的垂直距離較短。因此，心臟的血壓和頭部的血壓差不多。

但長頸鹿跟其他“普通”的哺乳動物不太一樣，它的心臟和頭部之間的距離實在太長了，所以想要把血液從心臟泵到頭部，得需要比其他“普通”動物更大的動脈血壓，才能把血泵上去。

早在1955年，GOETZ RH就對長頸鹿的心血管系統(tǒng)做過研究，他發(fā)現(xiàn)長頸鹿的動脈收縮壓可達(dá)300mmHg，舒張壓可達(dá)180mmHg，這大約是正常人的2.5倍。而且科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，還沒長大的長頸鹿，它的頭離心臟還沒那么遠(yuǎn)，那時血壓還比較低，隨著長頸鹿慢慢長大，脖子慢慢變長，它的血壓也隨之變高。

人類與長頸鹿各部位血壓對比圖圖源：Deranged Physiology

既然這顆天然的泵那么厲害，那它體積肯定和“普通”哺乳動物的心臟不太一樣。一只成年的長頸鹿，它的心臟長達(dá)0.6米，重達(dá)11公斤。對比人類巴掌大的心臟，長頸鹿心臟大約是人類的30倍。（在網(wǎng)上找到了長頸鹿心臟的圖，過于血腥就不放出來了，感興趣的可以自己找）

但這并不是“普通”哺乳動物心臟差異最大的地方，因為長頸鹿心臟的大小和它的體積是成正比的，差異最大的地方在于心臟的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2006年到2009年的時候，G. Mitchell對津巴布韋每年被捕殺的長頸鹿進(jìn)行了解剖觀察。（注：長頸鹿根據(jù)津巴布韋的法律要求被捕殺的）。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，長頸鹿的左心室和室間隔的厚度非常大，比人類大多了。一只1300公斤的成年長頸鹿，它的左心室壁厚度可達(dá)7cm左右，而室間隔壁可達(dá)5cm左右。要知道，人類的左心室壁和室間隔壁也就1.2cm左右，進(jìn)行高強度訓(xùn)練的運動員心室壁厚度略高于普通人(1.3-1.5cm)。

1300kg長頸鹿心室的橫切面，它的心室壁看起來極為厚大

圖源：文獻(xiàn)1

同時，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)長頸鹿其他地方的血管壁也很厚，如下圖

圖源：文獻(xiàn)1

對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，心室壁的厚度特征是屬于異速生長關(guān)系。所謂異速生長指的是，生物的特征會隨著體型的變化而變化，但這個變化是不成比例的。

科學(xué)家對長頸鹿心室壁和動脈血管壁厚度的發(fā)現(xiàn)，解釋了為什么長頸鹿沒得高血壓的生理原因。人如果血壓過高，這意味著心臟泵出來的壓力實在太大了。這力量大了，“薄薄”的血管壁就遭不住了，所謂的腦溢血，就是因為血壓太高，把腦血管壁給沖爆了。

而長頸鹿的心室壁和血管壁就不太一樣了，它的血管壁賊厚，是人類的好幾倍，這下即便是高血壓，也不必?fù)?dān)心把血管壁給沖破了。

但這并不是最根本的原因，最根本的原因還是在于基因的差異。

特殊基因，讓長頸鹿不再懼怕高血壓

幾年前，Rasmus Heller就發(fā)起了反芻動物基因組計劃(RGP) ，其中就包括了長頸鹿。通過對長頸鹿和其他短脖子反芻動物的基因組進(jìn)行對比，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大約有500個基因，這些基因要么是長頸鹿獨有的，要么是只有長頸鹿才有的變異。

在這500個基因中，一個叫FGFRL1最為突出，因為它最不一樣。在人類中，這種基因似乎與心血管發(fā)育和骨骼生長有關(guān)，因此科學(xué)家推測，它可能也在長頸鹿適應(yīng)高血壓中發(fā)揮了作用。

為了驗證他們的想法，科學(xué)家把這種基因轉(zhuǎn)移到了老鼠身上，就是所謂的轉(zhuǎn)基因老鼠。研究進(jìn)行28天之后，光從外表來看，和普通老鼠沒有什么差別，這些轉(zhuǎn)基因老鼠并沒有長出長頸鹿標(biāo)志性的長脖子。

從外表看不出差別 圖源：文獻(xiàn)2

但它們身體內(nèi)部出現(xiàn)了微妙的變化……

首先，轉(zhuǎn)移了長頸鹿基因的老鼠，它們在胎內(nèi)的時候，骨骼發(fā)育相較于正常老鼠慢一些。然而，一旦出生之后，轉(zhuǎn)基因老鼠發(fā)育速度馬上超過正常老鼠。當(dāng)科學(xué)家研究它們的骨骼時，發(fā)現(xiàn)那些轉(zhuǎn)基因老鼠骨礦物質(zhì)密度更高。

WT是正常大鼠，giraffe是轉(zhuǎn)移了長頸鹿基因的大鼠，很明顯，從CT圖都可以看出轉(zhuǎn)基因老鼠的骨密度相對于正常大鼠增加了許多。圖源：文獻(xiàn)2

這是一種補償機制，可以防止快速生長的骨骼結(jié)構(gòu)變得脆弱?？茖W(xué)家由此推測，可能是FGFRL1讓長頸鹿長個快而穩(wěn)定。

其次，科學(xué)家給轉(zhuǎn)基因老鼠和正常老鼠注射了血管緊張素

Ang II（這是一種可以誘發(fā)高血壓的藥物）之后，發(fā)現(xiàn)那些轉(zhuǎn)基因老鼠血壓只是略微升高，臟器基本未受影響；而那些正常老鼠注射藥物之后血壓飆升，并且腎臟和心臟都出現(xiàn)了大量的纖維化（臟器受損的形式）。

在注射血管緊張素之后，轉(zhuǎn)基因大鼠和正常大鼠心肌的纖維化對比。轉(zhuǎn)基因大鼠心肌纖維化遠(yuǎn)低于正常大鼠。圖源：文獻(xiàn)2

在注射血管緊張素之后，轉(zhuǎn)基因大鼠和正常大鼠腎臟的纖維化對比。轉(zhuǎn)基因大鼠腎臟纖維化遠(yuǎn)低于正常大鼠。圖源：文獻(xiàn)2

由此可見，正是FGFRL1 讓長頸鹿在應(yīng)對高血壓方面具有獨特的進(jìn)化適應(yīng)性。

看到這你也許會想，人類是不是轉(zhuǎn)移了這種基因就可以對抗高血壓了。當(dāng)然沒那么快，一來轉(zhuǎn)基因人類不合乎倫理，也不安全；另一方面，要是轉(zhuǎn)個基因就可以變異，而且是好的變異，那人類早就有長頸鹿俠了……這事沒那么簡單。

話說漫威宇宙里真有一個長頸鹿人（一個反派角色），雖然就出現(xiàn)了一次，也沒有公開過它的超能力，但我想應(yīng)該是抗高血壓吧……

參考文獻(xiàn)：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1095643309010629

https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13274413/

https://www.who.int/features/qa/82/zh/

https://marvel.fandom.com/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)