為什麼會感覺到冷?科學家們首次找到答案
2019年08月30日09:20

  來源:學術經緯

  空調房裡吹久了,人知道要給自己加衣服。這個再簡單不過的現象,背後卻有一個非常有趣的問題:我們到底為什麼會感覺到冷?

  很難想像,對於這個問題,科學家們竟然一直不知道答案。我們知道寒冷的環境會讓人感到不舒服,也知道皮膚上一定有某種感知“寒冷”的探測器。但這個過程具體是如何發生的,卻是個未解之謎。今日,來自美國密西根大學(University of Michigan)的Shawn Xu教授團隊與華中科技大學的劉劍峰教授團隊聯合在《細胞》雜誌上發表最新研究,向世人首度揭示了背後的秘密。

▲本研究的兩位通訊作者Shawn Xu教授(左)與劉劍峰教授(圖片來源:美國密西根大學與華中科技大學官網)
▲本研究的兩位通訊作者Shawn Xu教授(左)與劉劍峰教授(圖片來源:美國密西根大學與華中科技大學官網)

  在這項研究里,科學家們的研究對像是一種叫做線蟲(C。 elegans)的生物。這種生物的結構較為簡單,生活週期較短,完善的基因組信息也早已為人類所知。因此,它們也成為了科學家們用來研究感知系統的常用生物模型。

  “當你站在外邊感受到寒冷時,你就會採取行動,盡快回到溫暖的環境里,” Shawn Xu教授說道:“線蟲也是一樣。它們感受到寒冷時,就會出現‘避害行為’,離開寒冷的環境。這一點和人很像。”

▲動物會本能地躲避寒冷環境,但背後的機理卻一直沒有得到闡明(圖片來源:Pixabay)
▲動物會本能地躲避寒冷環境,但背後的機理卻一直沒有得到闡明(圖片來源:Pixabay)

  說來也奇怪。我們已經有了線蟲這樣簡單的生物,也知道“如何感知寒冷”是生物學上的一個未解之謎,但為何那麼多年里,科學家們一直沒有找到背後的具體機製呢?這支科研團隊指出,這是因為我們找錯了方向!

  原來在過去的研究里,科學家們發現一類基因與感覺有關。因此,他們也拚命在這群基因里尋找感知寒冷的基因。這樣的做法無疑是有問題的,這就好像在夜晚掉了一枚硬幣,拚命在路燈下尋找一樣。我們在路燈下尋找,並不是因為知道硬幣掉在這裏,而是因為路燈下更亮堂。

  在這項研究里,科學家們決定打開自己的視野,在更廣泛的範圍里尋找能夠感受寒冷的基因,這一思路的轉變果然取得了成功!在研究了數千個隨機的突變後,他們發現,缺少glr-3基因的線蟲對寒冷的環境沒有反應了,這說明它正是感知寒冷的關鍵。

  進一步的分析發現,glr-3基因編碼了一個穀氨酸受體(叫做GLR-3)。在演化上,它在許多生物內都是保守的,這也包括了人類。也就是說,人類體內的這個受體,同樣有很大可能負責“感知寒冷”。為了驗證這個想法,他們分別在斑馬魚、小鼠、以及人類等脊椎動物的基因組里找到了glr-3基因的遠房親戚,並把它們引入到發生突變,無法感知寒冷的線蟲里。就像是變魔法一樣,這些線蟲又能感知寒冷了!這個結果也表明,在這些脊椎動物體內找到的穀氨酸受體,也具有類似的功能。

▲本研究的圖示(圖片來源:參考資料[1])
▲本研究的圖示(圖片來源:參考資料[1])

  有趣的是,在小鼠體內,人們早就發現了這個受體,卻從來沒有把它與感知寒冷聯繫起來。過去,人們只是認為它負責在大腦中傳遞化學信號。誰也沒有想到,它居然還有感知溫度的功能。

  “那麼多年以來,人們一直專注這個基因在大腦中的功能。現在,我們發現它還在外周感知系統里有作用,這令人感到振奮,”Shawn Xu教授說道:“這是自然界中,極少數還沒有得到闡明的感知受體之一。”

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