動物冬眠會對染色體產生負面效應

2019-10-17 15:32:20 來源: 科技日報 作者: 張夢然


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科技日報記者 顧鋼

許多哺乳動物通過冬眠來度過寒冷季節。冬眠動物體溫越低,越可以減少能量消耗。但這也不全是好處,較低的溫度易增加染色體端粒收縮,從而可能加速細胞死亡。要避免這一結果,冬眠動物需要消耗大量能量才能修復細胞。這是奧地利維也納獸醫大學的一項研究發現。

研究人員發現,在冬眠期間,較低體溫的哺乳動物可以減少90%以上的體能消耗。在缺乏食物的情況下,減少能量消耗對動物生存是非常有益的。但是動物低溫狀態下冬眠也會引起諸如染色體端粒收縮的問題。在對林睡鼠和花園睡鼠實驗中發現,在較高體溫下越冬的睡鼠有更長的端粒,但也消耗更多的能量。研究人員朱莉婭·諾瓦克解釋說:“這似乎是在維持完整的染色體端粒及細胞存活,與通過低體溫下冬眠來最大限度減少能耗之間找到一個折中方案。”

研究人員還發現,林睡鼠和花園睡鼠在不同溫度下冬眠,其染色體端粒縮短存在顯著差異,它們在實驗室中分別被置于3攝氏度和14攝氏度的冬眠狀態,14攝氏度時睡鼠比在3攝氏度時消耗更多能量。相反,睡鼠染色體端粒在14攝氏度時比3攝氏度要好得多。這一新認識支持了迄今被廣泛接受的關于冬眠也有代價的假設。

諾瓦克認為,“深度冬眠與細胞水平的成本有關,也就是說,端粒縮短的增加,必須以動物的體能消耗為代價。以前的科學假設可能高估了動物深度冬眠可以減少體能消耗的好處。”

冬眠是一種長時間不活動的狀態,與代謝率和體溫降低有關。它被認為是哺乳動物和鳥類中最有效的減少能耗的策略。盡管具有許多優點,但研究也明顯發現冬眠存在相關問題。由于免疫功能下降,反應減慢,氧化應激增加。從冬眠中頻繁醒來還會導致能量儲備的快速減少,而新陳代謝的上調與活性氧化合物的產生有關,后者會通過DNA斷裂而導致端粒更快地縮短。

對壓力敏感的染色體端粒是非編碼的,在染色體末端重復的DNA序列,與端粒相關蛋白一起可防止復制過程中編碼DNA的降解。端粒的長度通常被用作人體衰老的標志。端粒在每次體細胞分裂后都會縮短,所謂的有絲分裂。端粒的縮短可以通過氧化應激來加速,如果端粒長度無法恢復,則細胞最終死亡。在冬眠期間,有絲分裂在低溫下停止,從而破壞了端粒的恢復。這項研究對人類醫學也具有重要意義,研究表明,人類的慢性壓力會加速端粒縮短。相反,生活方式的改變會減慢端粒的縮短,從而對細胞以及整個生物的衰老過程產生積極影響。

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責任編輯: 常麗君
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