宇宙中有千万万万颗星球,可是迄今为止,最适合人类保存的星球仍然只有地球一颗。其他星球为什么不适宜人类保存,究其原因,不过乎氧气、水分、气压和温度等几类前提不达标,此中氧气更是重中之重,人类一旦缺氧便要梗塞身亡。不外也许我们可以标的目的一些动物进修,让氧气变得不那么需要。
低氧情况,唯我独尊
想在氧气含量极低的情况中保存,学会更高效地操纵氧气的方式是重中之重,有些动物在缺氧的情况中也能正常保存。
喜马拉雅跳蛛就是此中的佼佼者。这种动物假寓在海拔6700米的喜马拉雅山上,它能栖身在这里的奥秘兵器除了能眼不雅八方的八只眼睛、身覆零下20度也冻不僵的绒毛“棉服”、攀岩必备的“铁爪”步足外,更离不开在稀薄的空气中罗致氧气的肺——书肺。
跳蛛的肺由很多像册页一样的薄层堆叠而当作,是以得名“书肺”。这些薄层增添了肺部的概况积和与血管的接触面积,很是有利于氧气进入血管。空气从跳蛛身体下侧的呼吸孔和与之相连的气管进入到书肺,在这里,空气被分派到“册页”中心的距离中,分布在“册页”之上的小血管不竭接收空气中的氧气,供身体活动所需。恰是因为具有这样的肺,喜马拉雅跳蛛才能安然独自保存在喜马拉雅山山巅之上。
斑头雁也是高原糊口、高空飞翔的小妙手,是以它也有本身的一套对于低氧情况的方式。研究表白,斑头雁体内编码血红卵白的基因有四处发生了突变,突变后的血红卵白与氧气连系的速度更快,让它们能更高效地操纵氧气,这是持久的高原糊口付与它们的能力。
而加倍发财的气囊则是斑头雁飞越高山的奥秘兵器。斑头雁与其他很多鸟类一样,拥有六个直接与肺相连的气囊,别离分布在颈部、胸腹部和腹部。这些气囊以“接力赛”的体例不间断地供给着氧气:吸气时,一部门空气经肺部直接进入血液,另一部门空气进入气囊“以旧换新”,从颈部气囊到最结尾的腹部气囊,慢慢完当作新颖空气替代原先储存的“旧”空气的过程。“新”空气把“旧”空气赶到肺部,再操纵后呼出。于是斑头雁在一吸一呼的过程中会获得两次氧气,而哺乳动物只在吸气时获得氧气。
喙鲸是一种顺应深海糊口的鲸类,常在深海中捕获乌贼等为食,我们很难见到。2014年,科学家传播鼓吹不雅察到两只居维叶突喙鲸在海平面以下2992米深的处所憋气潜水两小时17分钟,这是我们不雅察到的海洋哺乳动物最深和最长时候的潜水记实。喙鲸高强的憋气潜水能力得益于它们的肌红卵白。
肌红卵白是肌肉中与氧气连系,运输氧气到肌肉细胞中的卵白质。喙鲸的肌红卵白呈球状,中心有一个口袋形的空穴,与氧气连系的活性当作分——血红素就藏在这个空穴中。血红素被藏起来有很是主要的意义,我们之所以会煤气中毒,就是因为煤气中的一氧化碳与血红卵白连系的能力比氧气更强,最终会使我们梗塞。鲸鱼的血红素也更喜好一氧化碳,若是它不被藏起来,它与一氧化碳连系的能力要比氧气强2.5万倍,氧气就没有与血红素连系的机遇了。血红素被藏起来后,一氧化碳的连系能力就只比氧气强200倍了,根基与人的血红卵白半斤八两,这样在氧气远多于一氧化碳的海洋情况中,氧气才得以与血红素连系。
海洋哺乳动物的肌红卵白比陆地哺乳动物多10倍,是以可以在肌肉中储存更多的氧气,让它们潜水时候更长。可是凡是环境下,卵白浓度越高就越轻易“粘”在一路,储氧能力会削弱。不外鲸鱼有独门法门:它让体内的肌红卵白概况都带上了正电荷,这就使得肌红卵白之间彼此排斥,而不是“粘”在一路,这和磁铁同性相斥是一个事理。这样鲸鱼就可以拥有更多的肌红卵白而不怕它们活性受影响,从而连结更长时候的潜水记实了。
全身总带动,顺应低氧情况
习惯了平原糊口的人们在高海拔地域常会发生“高原反映”,这就是身体缺氧的表示,但“全身总带动”的牦牛从来没有这种困扰。
牦牛分布在中国青藏高原海拔3000米以上的地域,是除人类外独一能糊口在高海拔地域的哺乳动物,这使得它的身体布局和基因构成与通俗牛类有很大区别。
从气体进入牦牛身体起头,就被它各个布局“紧紧地盯住”。牦牛的气管粗大,环状软骨弹性大且肌肉发财,具有能潮湿加热气体的杯状细胞,这增添了吸氧量和接收率。
肺部是空气的本家儿要操纵部位,当然不克不及失落链子。牦牛的肺很发财,肺泡发育快且多,肺泡上皮较薄,有很多凹陷以及空泡状布局,能填充更多空气,也便于更多血管舒展。而作为接管空气的一方,肺组织中毛细血管也很是丰硕,毛细血管壁还会跟着牦牛春秋的增添而变薄,这样牦牛肺部的气体互换效率可以获得显著晋升。
牦牛比通俗牛类多了一对肋骨,这是为了更好地承托和庇护它发财的心脏。牦牛的心脏重量高达1.5千克,左心室壁较厚且还拥有粗大的心肌纤维,能泵出更多的血液。血管则具有特别的布局,好比心室上曲曲折折盘绕的微静脉、微动脉出口缩窄等,这使得心脏处的血液回流速度加速。
更微不雅的层面,牦牛血液中红细胞更多,能抓住更多的氧气,可是这将增添它的血压,好在它也有基因突变的血红卵白,可以让它的血压下降到可以承受的程度,同时提高了血红卵白对氧气的运输能力。氧气运进细胞今后,氧化能力强且又小又多的线粒体可以充实操纵氧气,知足身体的需求。
无氧情况也能保存
低氧情况保存不易,无氧情况更无法保存,人类若是缺氧跨越四分钟就会造当作永远性脑毁伤,跨越六分钟则药石罔效,但有些动物的“憋气”记实远高于人类。
裸鼹鼠是一种社会性极高的群居啮齿动物,常年糊口在低氧(含氧量低至6%)的地下洞窟,它们对低氧情况有很好的顺应力,在完全没有氧气的环境下能存活18分钟且脑细胞没有较着的毁伤。
裸鼹鼠日常平凡仍是进行有氧呼吸的,但它们在完全无氧的情况下,也不会束手待毙,而是积极自救。研究人员将裸鼹鼠置于尝试室的无氧前提下,裸鼹鼠体内与果糖代谢相关的基因将阐扬感化,出产能进行果糖代谢的酶。接着它们将体内的果糖输送至脑细胞,并在这里分化当作乳酸给脑细胞供能,整个过程不需要氧气的介入。当然,乳酸对细胞有害,裸鼹鼠的无氧呼吸过程不克不及持久,可是在无氧时维持十几分钟的生命已经很不轻易。若是人类可以或许获得这种能力,在脑梗死或中风爆发时,也将能争夺更多的急救时候。
与裸鼹鼠比拟,鲫鱼才是最强的“憋气高手”,它可以或许在无氧的冰冻深水湖中保存长达五个月之久。
我们知道,分化葡萄糖是动物获得能量的本家儿要体例。葡萄糖在线粒体中首先被分化当作丙酮酸,在有氧气的环境下,丙酮酸将继续分化,当作为正常的供能物质。而若是没有氧气,细胞会将丙酮酸转化为乳酸。若是细胞持续几个小时都进行无氧呼吸,过多的乳酸将杀死细胞,风险生命。可是科学家发现鲫鱼在没有氧气的环境下也能存活几个月,因为它的线粒体内介入呼吸感化的酶发生了突变。
突变后的酶与啤酒酵母的酶很是相似,能将粮食中的葡萄糖分化当作酒精。这种酶在没有氧气的环境下不再将丙酮酸分化当作乳酸,而是分化当作乙醛,这也是乙醇(酒精)初始分化阶段的产品。鲫鱼发生无氧呼吸后,发生的酒精将经由过程鳃呼出水中,这样就不会对它的细胞发生毒性。而只要它在沉入水底过冬前,在肝脏和肌肉中存有足够的葡萄糖,即使要在无氧的水底渡过漫长的冬天,也不会因缺氧而死。
从低氧到无氧,分歧生物有本身怪异的保存法门,若是我们能学到一招半式,不仅能争夺更多贵重的救命时候,也能当作为我们将来在低氧太空糊口的保命绝招。








