长颈鹿|把长颈鹿基因转入老鼠，老鼠会长出长脖子吗？_哺乳纲|社会

出品：科普中国
制作：苏澄宇
监制：中国科学院计算机网络信息中心
长颈鹿，一种在大草原上颇为显眼的动物。
长长的脖子引来大家许多奇怪的问题，在知乎上你可以看到很多和长颈鹿相关的迷思。
比如长颈鹿要怎么喝水？长颈鹿会有颈椎病吗？长颈鹿要是想吐怎么办？长颈鹿是不是容易被闪电劈中？长颈鹿想吐的时候怎么办？

这些奇奇怪怪的迷思只因它有着地球上最长的脖子。
长颈鹿这么长的脖子，好处当然不只是为了吃到高处的叶子，还可以获得更高的视线、更广的视野，以及相较于那些短脖子动物，更轻易捕食它们想要的动物。
上述那些问题，我都有过科普回答，如果感兴趣的话，你可以搜索看到。
今天我们来讨论另一个长颈鹿的问题，一个更关乎长颈鹿生存的问题：长颈鹿脖子那么长，它把血液从心脏供上头部是不是很困难？

图源：sciencealert我们都知道要想把深井里的水打上来，除了用绳子绑一个桶沉下去把水舀起来，还有一个办法就是用水泵。
一般来说，泵可以增加水的压力，增加压力后可以获得更大的推进力，这种推进力可以把水从地底下推上来，越深的井需要的泵的排出压力更大。
而动物强有力的心脏就是天然的泵，通过心室肌有节律地收缩和舒张，把血液输送到身体各处。
对于大多数哺乳动物来说，心脏和头部之间的垂直距离较短。因此，心脏的血压和头部的血压差不多。
但长颈鹿跟其他"普通"的哺乳动物不太一样，它的心脏和头部之间的距离实在太长了，所以想要把血液从心脏泵到头部，得需要比其他"普通"动物更大的动脉血压，才能把血泵上去。
早在1955年， GOETZ RH就对长颈鹿的心血管系统做过研究，他发现长颈鹿的动脉收缩压可达300mmHg ，舒张压可达180mmHg ，这大约是正常人的2.5倍。
而且科学家发现，还没长大的长颈鹿，它的头离心脏还没那么远，那时血压还比较低，随着长颈鹿慢慢长大，脖子慢慢变长，它的血压也随之变高。
【长颈鹿|把长颈鹿基因转入老鼠，老鼠会长出长脖子吗？】

人类与长颈鹿各部位血压对比图｜图源：Deranged Physiology
既然这颗天然的泵那么厉害，那它体积肯定和"普通"哺乳动物的心脏不太一样。
一只成年的长颈鹿，它的心脏长达0.6米，重达11公斤。对比人类巴掌大的心脏，长颈鹿的心脏大约是人类的30倍。
（在网上找到了长颈鹿心脏的图，过于血腥就不放出来了，感兴趣的可以自己找）
但这并不是"普通"哺乳动物心脏差异最大的地方，因为长颈鹿心脏的大小和它的体积是成正比的，差异最大的地方在于心脏的内部结构。
2006年到2009年的时候， G. Mitchell对津巴布韦每年被捕杀的长颈鹿进行了解剖观察。
（注：长颈鹿根据津巴布韦的法律要求被捕杀的）。
科学家发现，长颈鹿的左心室和心室间隔的厚度非常大，比人类大多了。
一只1300公斤的成年长颈鹿，它的左心室壁厚度可达7cm左右，而室间隔壁可达5cm左右。要知道，人类的左心室壁和右心室间隔壁也就1.2cm左右，进行高强度训练的运动员心室壁厚度略高于普通人(1.3-1.5cm) 。

1300kg长颈鹿心室的横切面，它的心室壁看起来极为厚大｜图源：文献1同时，科学家发现长颈鹿其他地方的血管壁也很厚，如下图：

图源：文献1对数据进行统计后发现，心室壁的厚度特征是属于异速生长关系。
所谓异速生长指的是，生物的特征会随着体型的变化而变化，但这个变化是不成比例的。
科学家对长颈鹿心室壁和动脉血管壁厚度的发现，解释了为什么长颈鹿没得高血压的生理原因。人如果血压过高，这意味着心脏泵出来的压力实在太大了。
这力量大了， "薄薄"的血管壁就遭不住了，所谓的脑溢血，就是因为血压太高，把脑血管壁给冲爆了。
而长颈鹿的心室壁和血管壁就不太一样了，它的血管壁贼厚，是人类的好几倍，这下即便是高血压，也不必担心把血管壁给冲破了。

一本关于长颈鹿脖子的书｜图源：amazon但这并不是最根本的原因，最根本的原因还是在于基因的差异。
几年前， Rasmus Heller就发起了反刍动物基因组计划(RGP)，其中就包括了长颈鹿。
通过对长颈鹿和其他短脖子反刍动物的基因组进行对比，科学家发现了大约有500个基因，这些基因要么是长颈鹿独有的，要么是只有长颈鹿才有的变异。
在这500个基因中，一个叫FGFRL1最为突出，因为它最不一样。
在人类中，这种基因似乎与心血管发育和骨骼生长有关，因此科学家推测，它可能也在长颈鹿适应高血压中发挥了作用。
为了验证他们的想法，科学家把这种基因转移到了老鼠身上，就是所谓的转基因老鼠。
研究进行28天之后，光从外表来看，和普通老鼠没有什么差别，这些转基因老鼠并没有长出长颈鹿标志性的长脖子，但它们身体内部出现了微妙的变化。

从外表看不出差别｜图源：文献2首先，转移了长颈鹿基因的老鼠，它们在胎内的时候，骨骼发育相较于正常老鼠慢一些。
然而，一旦出生之后，转基因老鼠发育速度马上超过正常老鼠。
当科学家研究它们的骨骼时，发现那些转基因老鼠骨矿物质密度更高。

图源：文献2WT是正常大鼠， giraffe是转移了长颈鹿基因的大鼠。
很明显，从CT图都可以看出转基因老鼠的骨密度相对于正常大鼠增加了许多。
这是一种补偿机制，可以防止快速生长的骨骼结构变得脆弱。科学家由此推测，可能是FGFRL1让长颈鹿长个快而稳定。
其次，科学家给转基因老鼠和正常老鼠注射了血管紧张素Ang II（这是一种可以诱发高血压的药物）之后，发现那些转基因老鼠的血压只是略微升高，脏器基本未受影响。
而那些正常老鼠注射药物之后血压飙升，并且肾脏和心脏都出现了大量的纤维化（脏器受损的形式）。

在注射血管紧张素之后，转基因鼠和正常鼠心肌的纤维化对比。转基因鼠心肌纤维化远低于正常鼠｜图源：文献2

在注射血管紧张素之后，转基因鼠和正常鼠肾脏的纤维化对比。转基因鼠肾脏纤维化远低于正常鼠｜图源：文献2由此可见，正是FGFRL1 让长颈鹿在应对高血压方面具有独特的进化适应性。
看到这你也许会想，人类是不是转移了这种基因就可以对抗高血压了。
当然没那么快，一来转基因人类不合乎伦理，二来也不安全。
另一方面，要是转个基因就可以变异，而且是好的变异，那人类早就有长颈鹿侠了…
这事没那么简单。

图源：文献5话说漫威宇宙里真有一个长颈鹿人（一个反派角色），虽然就出现了一次，也没有公开过它的超能力，但我想应该是抗高血压吧…
参考文献：
[1]www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1095643309010629
[2]advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459
[3]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13274413/
[4]www.who.int/features/qa/82/zh/
[5]marvel.fandom.com/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)

长颈鹿|把长颈鹿基因转入老鼠，老鼠会长出长脖子吗？

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