真正的“吸血鬼”:蝙蝠吸血的遺傳機制,有了全新答案
能夠利用血液作為營養物質的哺乳動物不在少數,但如果血液成為唯一的食物來源,情況就大不相同了。幾乎所有哺乳動物都無法在這樣的情況下存活,因為動物血液雖然含有豐富的蛋白質和鐵,但碳水化合物和脂質含量很低,因此僅靠血液提供的能量無法滿足生命活動的需求。在所有哺乳動物中,只有一個特例,這就是我們很熟悉的“吸血鬼”原型——蝙蝠。不過有些令人意外的是,在已知的1400多種蝙蝠中,只有3個吸血蝠科的物種完全以血液為食。
而其餘的蝙蝠食譜則要“正常”得多,食物包括昆蟲、水果、花蜜、花粉和一些小型動物(如魚類)的肉。
“血液是糟糕的食物來源,令人驚奇的是吸血蝠能依靠血液生存。即使是在蝙蝠之中,它們也足夠怪異。”美國杜蘭大學的Hannah Kim Frank博士點評道。
為什麼這些吸血蝠能夠成為哺乳動物的另類?科學家已經發現,這些以血液為食的蝙蝠,擁有一系列相匹配的生理機能。例如,由於血液中近80%都是液體、能量密度很低,因此這些蝙蝠一餐最多會吸入相當於自身體重1.4倍的血液。為此,它們需要一個可擴張的胃。此外,由於碳水攝入量很低,因此這些蝙蝠的基礎胰島素水平低於其他哺乳動物。
但究竟是什麼原因,從根本上導致了這些蝙蝠與眾不同的生理特徵?面對這個問題,科學家必須從遺傳學的角度入手,找到與這些性狀相關的基因。
2018年的一項研究發現,有3個基因與吸血蝠生理特徵的演化有關。研究團隊對比了普通吸血蝠(3個吸血的蝙蝠物種之一)與其他蝙蝠的基因組,發現問題出在味覺受體上:一個甜味受體基因和兩個苦味受體基因減少,這說明它們感受味覺和甜味的能力下降,而這又直接影響到血糖穩態。
不過之前的研究也存在明顯的局限性,那就是分類學上的分辨率有限。例如在葉口蝠科的200多個物種中,研究只涵蓋了普通吸血蝠這一個物種。現在,一項發表於《科學·進展》的研究有效地解決了這個問題。作者將普通吸血蝠的基因組與26個已知基因組的蝙蝠進行比較,這其中包含了6個葉口蝠科的物種。
通過這項全基因組篩查,研究團隊找到了更多與吸血的生理特徵相關的基因。他們發現,有13個基因在普通吸血蝠中消失或是失去功能:除了既往研究揭示的那3個與味覺受體相關的基因,還有10個是首次發現的。
具體而言,兩個基因(FFAR1和SLC30A8)的缺失與胰島素分泌下降相關,PPP1R3E的缺失削弱了糖原代謝的能力,這些基因的變化使得吸血蝠能夠在缺少碳水化合物的情況下生存;參與胃酸分泌的CTSE基因缺失——對於這些蝙蝠來說,胃壁細胞由分泌胃酸轉為分泌鐵。此外,其餘5個基因的缺失分別反映了獨特的營養元素組成、血液病原體多樣性,甚至是特殊的認知能力。
由此,這項研究展示了與那些進食花蜜和水果的近親相比,吸血的蝙蝠有著怎樣的遺傳差異。正是這些遺傳上的改變,使得它們擁有了獨特的生活習性與生理特徵。
與我們印像中的反派形像不同,這些蝙蝠還體現出了互助精神。當同伴長時間沒有進食血液,蝙蝠會以反芻的方式與飢餓的同伴分享食物。而且有研究注意到,它們似乎能夠記住誰幫助過它們,並且會給予回報。從生理、個體行為再到復雜的社會關係,這些神奇的“吸血鬼”或許比我們想像得更加“有血有肉”。
參考資料:
[1] Moritz Blumer et al. Gene loss in the common vampire bat闡明了對血液餵養的分子適應性。Science Advances (2022)。DOI:10.1126/sciadv.abm6494
[2] 科學家弄清楚吸血蝙蝠是如何嚐到血的味道的。2022 年 3 月 25 日檢索自 https://phys.org/news/2022-03-scientists-figure-vampire-blood.html
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