大家似乎永远可以看到更大的龙虾,它们看似能够不停地生长下去。据悉世界上最大的龙虾超过了40斤,如此大体量的龙虾让人不禁想象,这种生物的极限究竟在哪儿?
“巨无霸”龙虾
但接下来要说的是,龙虾不仅可以一直生长,而且不会衰老。那它们可以在人工干预的环境下成长为怪兽吗?
不断生长地龙虾
龙虾这个名字只是一个统称,任何符合龙虾生物结构的甲壳类动物都能被称作龙虾,比如餐桌上常见的波士顿龙虾、美洲鳌虾、加拿大刺龙虾等等。
餐桌上美味的龙虾
甲壳类动物有个非常特别的生长过程,那就是蜕壳。在它们的发育过程中,蜕壳几乎是每个甲壳动物的必经之路。由于它们没有像脊椎动物那样的骨骼结构,它们的身体是一种类似软组织的形态。
龙虾正在蜕壳
为了保护这层软组织,甲壳类动物进化出了外骨骼,这种含有几丁质的钙化物非常坚硬,能够保护它们不会轻易地受到伤害。龙虾便是其中的蜕壳成员。
幼年的龙虾蜕壳非常快,在刚出生的时候,幼年时期的龙虾通常1~2周就能蜕一次壳。但它们发育成熟之后,一般来讲是7年左右,这种状态便会开始减缓。并以1~2年为一个周期进行蜕壳发育,在每一次的蜕壳中龙虾都会长得更大。
蜕壳完成后
换句话说,就是原来的外骨骼甲壳不能覆盖继续长大的身体了,必须要新的外骨骼才能支撑它们。蜕壳时期的龙虾非常脆弱,在外骨骼没有完全硬化之前,它们的体表相对来讲是比较柔软的。
我们要知道,这些甲壳类动物的生长和所有动物一样,蜕壳实际上也是年龄增加,体型变大的过程。对比起其他动物,比如脊椎动物这些。这类动物的生长往往伴随着衰老的过程。
人的年纪越老脊椎越弯曲
然而龙虾很奇怪,科学家们发现龙虾似乎没有衰老这个说法。龙虾的每一次蜕壳除了它们会长得更大之外,它们几乎就不会有太多的改变。究竟是什么原因导致了龙虾不会衰老?这些龙虾为什么可以不断地蜕壳长大呢?
说到这儿,就不得不提DNA中的端粒。在生物生长的过程中,通常还伴随着DNA复制,端粒的作用就是维持生物的这种稳定生长的结构。所有真核生物都会这个分裂复制的过程。
DNA中的端粒
端粒的存在使得DNA在自身的复制中能够保证基因中的遗传物质得到正常转录,如果基因编码序列在这个过程中被降解,潜在的重要遗传物质就会丢失。端粒的位置在线性染色体末端的非编码重复序列,能够为后面的编码序列作一个“缓冲”区,它们“封盖”末端序列,并在DNA复制过程中逐渐降解。
端粒在染色体末端
另外还有一方面,在端粒的最末端有一处个碱基对的突出端。它可以侵入端粒的双链部分,形成一个被称之为“T环”的结构,这个循环类似一个结。它可以稳定端粒,防止端粒末端被DNA修复机制识别为断点。如果这一过程不稳定,将会导致端粒末端发生非同源末端连接,则会导致染色体融合。
结构图
那么DNA复制转录又是靠什么来保障这一机制能够稳定发生呢?这就得归功于端粒酶,许多生物体中都有这种叫做端粒酶的物质。它的任务则是将重复的核苷酸序列添加到DNA末端。端粒酶补充端粒“上限”,在某些干细胞和白细胞中具有活性。
显微镜下的端粒酶
这种在基因序列末端进行工作的核糖核蛋白能够添加物种依赖性端粒重复序列,因为大多数真核生物染色体两端在转录复制中都会有重复序列区域。
端粒酶便在这一系列的过程中充当“熔断器”的作用,当染成DNA复制后,端粒酶便会自动与其断开,保护染色体末端免受DNA损伤或与相邻染色体融合。另外,端粒酶还会略微的增加端粒的长度,直到端粒在复制过程中“磨损”到极限,直到端粒酶无法在末端保护端粒酶不受DNA影响。
结构图
一般来讲,端粒越长的生物,它的寿命也会越长。因为在DNA转录的过程中,端粒会缩短。每次细胞进行有丝分裂时,每条染色体末端的端粒都会略微地缩短一点,一旦端粒缩短到临界长度,细胞分裂就会停止。
这个临界终点被称作“海弗利克极限”,也正是这一过程的发生,衰老才会出现在生物之中,虽然衰老有各种各样的原因以及潜在的其他因素共同影响,但是端粒磨损导致的细胞无法再进行分裂,新的细胞无法诞生,衰老到死亡是生命形式的最终结果。
任何生物都会衰老
以人类为例,端粒酶水平在生命后期会下降,并且只有限定类型的组织中才有。而龙虾太奇怪了,龙虾的端粒酶水平非常高,而且存在于所有类型的组织中。
这或许便能解释为什么龙虾在每一次的蜕壳生长中不会老去,它们的持续生长和这种稳定、均匀分布的端粒酶有关。龙虾的细胞分裂不会接近海弗利克极限,这也表明它们的细胞会始终维持在一个原始、年轻的阶段。
“永远”年轻的龙虾
既然龙虾在寿命增长这块这么厉害,那要是进行人工繁育岂不是上天?搞不好还能像电影里那样,培育出来一种像怪兽一般的超级大龙虾?
培育超级大虾?
等一下,事情还不是这么简单,不是说人工干预这种手段就能让龙虾变得超级大,不然餐桌上应该早就有能让几十个人吃的龙虾盛宴了。
先来看看自然界有没有更大的龙虾吧。现今的龙虾之最的记录是在40斤左右,一般海上的渔民捕捞上来的龙虾一般也就在七八斤的样子,大一点的十多斤。龙虾想要突破自身极限还是很难的。
夸张后的龙虾
之前提到过甲壳类动物在蜕壳时,会处于一个非常脆弱的状态,刚完成的蜕壳的龙虾很有可能会被其他捕食者给吃掉,毕竟海洋里也不是风平浪静的。
来自疾病方面的威胁也有不少,蜕壳的过程中,由于缺少外骨骼的保护,龙虾软嫩的组织便很容易遭受各种细菌感染。最常见的一种细菌感染症状便是腐烂,一旦被这类细菌感染后,龙虾会由内至外地开始腐烂,即便龙虾的生长能力再强也敌不过这种腐烂的过程,最后龙虾会完全死去。
龙虾部分腐烂
即便是人工干预下的养殖也很难说它们每一次蜕壳都很成功,就算有了良好的环境,龙虾还是可能会被自己累死的。不要觉得这些甲壳类动物的蜕壳过程非常轻松,这可不是像人们脱下衣服换新衣那么简单。
龙虾在蜕壳过程中需要消耗大量的能量才能摆脱掉原来的那件甲壳,由于身体上的所有部位都有外骨骼包裹,所以蜕壳必须是全方位进行的。如果能量不够,新陈代谢跟不上,那龙虾很有可能就在蜕壳的途中“累”死了。
蜕壳没成功
另外这个过程中受伤也是常有的事,比如哪儿“卡”得太厉害,断了只脚,或者断了只手,甚至瞎掉眼也是完全有可能的。对于它们来讲,蜕壳既是生长和力量的提升,也是风险与机遇并存。蜕壳蜕得好不好,除了自身要厉害,还得看点运气。
理论上来讲,龙虾是有可能一直这么长下去,但实际上它们很有可能因为各种各样的不可控因素而导致死亡。所以超级大龙虾大战海洋巨兽啥的这种情景还是别想了,没这可能。
人类想象画面
过去人们曾经统计过的龙虾年龄,最长寿的超过年,不过这个数据其实也并不太准确,严格来讲,是大部分年龄数据可能都不准确。
科学家一般通过龙虾的触须或者牙齿这类器官的钙化来判断龙虾的年龄和成长,另外它们蜕掉的甲壳也是关键证据。不过在自然环境下,要想找到这些证据几乎没可能。
长长的触须
目前最流行的一种手段则是通过生物眼柄来判断其年龄,没错,就是它那棍状的眼睛。不少拥有这种外观形态的生物,眼部中都会有一种被称作“脂褐质”的小颗粒。
龙虾的眼睛
随着时间的推移,这些物质会不断地在体内堆积,通过计算龙虾眼睛里脂褐质的累计率便能够得到一个较为可靠的数据去进行计算,从而得到龙虾的年龄。本质上,这也是一种通过新陈代谢去计算年龄。
以欧洲龙虾为例,科学家们对其3个月左右大小的龙虾进行样本统计,并把它们放置野外使其自然生长,5~9年后再重新捕获它们。结论表示,脂褐质累积浓度对龙虾的甲壳生长有着明显影响,浓度比较低的,甲壳生长状态越好。
生长在野外的龙虾
除此之外,科学家们还在寻找一种新的方式去解答龙虾的年龄秘密,目前最新的研究手段放在了龙虾DNA甲基化上面。通过对已知年龄龙虾中使用rDNA测序双脱氧序列测序、甲基转移酶甲基化年龄预测和亚硫酸氢盐测序这三种方法探寻了欧洲龙虾的年龄老化问题。
科学家研究龙虾
这种测试模型未来可以应用在野外龙虾年龄预测和性别区分上,同时也是首次对野外生物进行甲基化处理测序的实验。为什么科学家对龙虾就这么感兴趣?
龙虾拯救人类?
龙虾表现出的惊人生命力和细胞端粒的能力给科学家带来了新的头脑风暴。特别是端粒酶这种东西,我们人体本身也是有不少这种物质的,但是人在出生之后,端粒酶的水平就开始大幅度下降。
而端粒酶存在最广泛的地方就是在干细胞中,一方面来看这种机制虽然在生命后期下降,使得我们开始发生衰老并走向死亡。但另一方面,如果这些细胞已经达到了海弗利克极限后又被重新激活时,这些细胞便会开始癌变,端粒短的正常细胞会变得更弱并死亡。
细胞癌变
如今医学界认为端粒酶在保持细胞健康和癌症生长方面的双重作用能够帮助我们更好地去理解抗衰老和癌症治疗,如果能在龙虾寿命的研究中取得一些突破,更多的去了解它们的实际寿命和寿命过程,在未来也许能够帮助人类渡过这种难关。
特别是在癌症方面,如果能够控制端粒酶的产生使其回归到一个自然水平,通过阻断其在癌细胞中的表达,或许能让癌症自然消退。
医学家们从未停止过对癌症的研究
除此之外,许多正在研究的动物中,如鲸鱼、蝙蝠、蛤蜊等等,这些动物的端粒退化速度与它们的寿命相对应,分子和遗传水平、端粒变化研究极有可能在这些生物中找到答案。