把长颈鹿基因转入老鼠，老鼠没长出长脖子，但……

　　出品：科普中国

　　制作：苏澄宇

　　监制：中国科学院计算机信息中心

　　长颈鹿，一种在大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，在知乎可以看到很多和长颈鹿相关的迷思，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

　　拥有强心脏的长颈鹿

　　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“普通”的哺动物不太一样，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“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。

　　人类与长颈鹿各部位血压对图 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。对人类巴掌大的心脏，长颈鹿心脏大约是人类的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的）。

　　科学家发现，长颈鹿的左心室和室间隔的厚度非常大，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，科学家发现长颈鹿地方的血管壁也很厚，如下图

　　图源：文献1

　　对数据进行计后发现，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。

　　特殊基因，让长颈鹿不再惧怕高血压

　　几年前，Raus Heller就发起了反刍动物基因组计划(RGP) ，其中就包括了长颈鹿。通过对长颈鹿和短脖子反刍动物的基因组进行对，科学家发现了大约有500个基因，这些基因要么是长颈鹿有的，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。

　　从外表看不出差别 图源：文献2

　　但它们身体内部出现了微妙的变化……

　　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。

　　WT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。 图源：文献2

　　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，转基因大鼠和正常大鼠心肌的纤维化对。转基因大鼠心肌纤维化远低于正常大鼠。图源：文献2

　　在注射血管紧张素之后，转基因大鼠和正常大鼠肾脏的纤维化对。转基因大鼠肾脏纤维化远低于正常大鼠。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，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。

　　话说漫威宇宙里有一个长颈鹿人（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：

　　s://www.sciencedirect/science/article/pii/S1095643309010629

　　s://advances.sciencemag.org/content/7/12/eae9459

　　s://pumed.nci.nlm.nih.gov/13274413/

　　s://www.who.int/features/qa/82/zh/

　　s://marvel.fandom/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)