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日水族馆大王具足虫两年来首次排便,低代谢率能帮助延长寿命吗?

来源:科普中国 作者:夏至 发布时间:2020-06-10 13:43:32 浏览次数: 【字体:

一只大王具足虫的排便引起公众关注,也不禁令人好奇:几年才排一次便的低代谢率生物,寿命会因此延长吗?

大王具足虫排出的未消化的鱼鳞 |鸟羽水族馆

 

被人围观排便是种什么感觉?这个待遇落到了一只大王具足虫身上。原因无他,只因它太能憋了。

上周二,日本三重县水族馆的一只大王具足虫时隔两年,首次排便,在媒体掀起海啸,一时间,这种绝对隐私变成了大伙儿茶余饭后的谈资。之前该馆饲养的大王具足虫们排便频率一直出奇的低,以至于每次排便都会被饲养员记录在水族馆博客上。

两年一次排便,足见这一物种有着超乎常识的缓慢代谢速率。这种“冻结时间”的神奇能力是怎么来的呢?

几年一次排便的大潮虫

大王具足虫是一种长相与潮虫相似的海洋生物,体长可达50公分(近似一只家猫,1公分=1厘米),是最大的等足目生物(一目甲壳类)。它们平时栖息在大西洋深海,以其他海洋生物的残骸为食。

不光长相有几分相似,大王具足虫与潮虫亚目生物确有较近的亲缘关系,后者的代表物种就是随处可见的潮虫。三重县水族馆目前一共饲养着5只大王具足虫,此次发现的粪便具体来自于哪一只,暂时无法明确。

它们排出的粪便是水溶性的,如果食物被完全消化,何时发生了排便我们也就不得而知。不过,正常情况下,粪便中总会有未能完全消化的食物残渣,人们就可以通过观察这些残渣,得知它们的排便情况。

上一次观察到这样的残渣已经是2018年4月23日的事情了。

这中间,大王具足虫们是否有偷偷在缸内拉过稀便,不好确定。但这次观察到的固形物们确实不同寻常。因为它们主要是未消化的鱼鳞。而在水族馆里,这些鱼根本不在它们的菜谱上。也就是说这些鱼是它们进馆之前在大西洋深海中所捕食的。

目前馆内5只大王具足虫中,最新进馆的一只是在2016年10月。也就是说这些随着主人跨越了千山万水的鱼鳞残片在大王具足虫肚子中至少也藏了三年半。

缓慢的消化速率代表着极低的新陈代谢速率,到底有多低,令人好奇。不过,只要和其他物种比一比,就知道了。

大王具足虫正面照,体型近似一只家猫 |维基百科

“冻结时间”的超能力

物种体型与代谢速率通常有特定的关联性。由于要最大化利用能量,又要兼顾散热(体型越大,散热越难),动物们进化出了普遍的“四分之三定律”,即体型越大,相对代谢速率越慢,并且和体重的四分之三次方成正比。

这样,如果一只猫的体重是一只老鼠的100倍,那么,相同时间内猫的代谢量只有老鼠的32倍(100的四分之三次方),而非100倍。这就是著名的克莱伯定律。

克莱伯定律:生物体型越大,代谢速率越慢,整体呈四分之三关系 | 《规模》,杰弗里·韦斯特

照此规律,很容易得出一个结论:大王具足虫应该有和与之体型相似的家猫差不多的代谢率。但这显然和事实不符 。问题出在哪里呢?

原来,单细胞动物、变温动物、恒温动物的代谢率存在明显差异,不能混为一谈。

实际上,变温动物普遍代谢率低,只有恒温动物的几十分之一。所以(经过修正的)克莱伯定律将三种动物分开,分别统计其规律,虽然它们都满足四分之三定律,但有不同的比例参数。

三种动物分别满足各自的四分之三定律(坐标是对数) |参考文献2

在变温动物中,以大王具足虫为代表的深海动物,又将节能减排贯彻到了极致。

一方面,它们为了降低单位代谢率,体型都表现出巨大化倾向(这在总策略上也和克莱伯定律一致)。另一方面,深海低温环境(4摄氏度左右),也进一步降低了它们的代谢率(温度越低,细胞活跃度越低、代谢越慢)。

并且,深海生物们大多行动缓慢,不做耗费能量的肌肉运动。捕食时,它们多采用以逸待劳的战略,发展出善于伪装的外表,主动诱敌的发光器官,以及咬住猎物就难被挣脱的尖牙倒刺等。

比如,生活在1000米水下的叉齿,不仅口内长有发光器官,消化管也有很强的伸缩性,能像口袋一样装进比自己更大的猎物。

叉齿(注意牙齿和膨大的消化道)|维基百科

此外,一些不栖息于海底的深海鱼类,为了减小提供浮力所消耗的能量,身体进化成富含大量的水分和油脂,以此降低密度。鲨鱼的巨大肝脏就有这一用意。

人类能否通过调节代谢实现“冻龄”?

大王具足虫本就属于代谢率极低的深海动物,排泄慢也就不奇怪了。不过,这些动物仍然留给人类很多好奇,比如:在这么低的代谢率下,其寿命如何?

目前比较普遍的观测结论是,大王具足虫寿命有40到60年。相对其体型来说可以说非常长了(一般而言,动物体型越小,寿命越短,家猫寿命只有十几年)。而且不光是大王具足虫,大部分代谢缓慢的物种生命跨度都在几十年甚至上百年。

这不禁让人想到,如果人类也拥有低代谢率,是不是就能延年益寿了?

某种程度上来说,的确如此。除了我们在科幻小说中看到的“人体冷冻”技术(目前已有实验研究),日常场景中也有一些对应的研究。

比如,已有不少研究显示,细胞内的能量代谢状况与寿命的长短存在相关性。生物学家证实,在不造成营养不良的前提下,将热量摄入减少到正常水平的70%后,所有参与研究的物种,包括酵母、蠕虫、苍蝇、狗以及恒河猴等,寿命都得到了延长。

科学家就此推测,限制热量的摄入,可以降低静息代谢和运动代谢,从而广泛地预防与年龄有关的疾病,包括癌症,糖尿病和自身免疫性疾病。

不过,仍有不少学者对限制热量摄入能够冻龄延寿的观点表示质疑。但无论如何,即便不从代谢角度考虑,低热量饮食对健康的积极作用也是无需质疑的。

海阔凭鱼跃,天高任鸟飞,各种生物都在以自己的方式在各自领地上生生不息。对这些生物的研究,也终将帮我们更好地了解生命,了解自己。


参考文献:

1. Universal scaling of respiratory metabolism, size and nitrogen in plants

2. 代謝生態論:比較生理と生態学をつなぐ新たな代謝スケーリング

3. 深、深、深!談深海生物

终审:甘肃省科协信息中心采编部
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