带着热量回家——吸血蝙蝠找到了血

嗜血的吸血蝙蝠是如何找到最佳的叮咬地点,从而保证获得无故障的喂食的呢?答案是它们进化出了自己的…
8月7日

采访

大卫·朱利叶斯教授,加州大学旧金山分校

蝙蝠

吸血蝙蝠

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克里斯-嗜血的吸血蝙蝠是如何找到最好的咬人地点,从而保证无故障进食的?答案是,它们已经进化出了自己的内置红外探测器,以确定血管最好的位置,加州大学旧金山分校的大卫·朱利叶斯是这一发现的幕后推手。你好,大卫。

大卫-你好。

克里斯:是什么让你认为蝙蝠实际上可能是依靠温度来引导它们以这种方式把牙齿沉入哪里?

大卫:几十年来,人们都知道蝙蝠脸上有所谓的窝状器官,这些器官被神经纤维大量支配,使它们能够探测红外辐射。我们所做的就是探究这个系统的分子基础是什么。

那么它们脸上这些特殊的凹坑结构是如何接收红外线或热量的呢?

大卫:没错。

克里斯-你是怎么处理的?你做了什么?

大卫:我们更感兴趣的是温度感知的整个机制,比如我们人类是如何感知冷热的,我们一直感兴趣的是找出动物是如何将热感知发挥到极致的,并以一种不同但普遍相关的方式使用它的。我们所做的是使用基因组学中的一些新方法,他们称之为深度测序或DNA测序,我们可以对不同组织中表达的所有基因进行分析,我们问神经细胞中表达了什么样的分子,这些分子将它们的投影发送到这些热感测孔中,并且已知与红外探测机制有关。我们通过这些分子来寻找可能与这种形式的热感觉有关的分子。

克里斯:好的,我们知道我们的皮肤对热很敏感,我们也很清楚它是如何探测热的。当温度升高时,神经细胞表面有各种化学物质使这些神经细胞变得敏感。那么,你是说蝙蝠在它们的脸上使用了其中一种的变体不仅是为了检测温度而且是为了专门检测与体温相关的温度?

大卫:是的,就是这样。所以,我们所展示的是蝙蝠表达一种蛋白质的形式,我们也用它来探测热量。但是蝙蝠表达的蛋白质的形式在某种程度上是优化的,在激活所需的温度比我们的热传感器低的地方,使它们能够探测到来自猎物的体温,来自牛或猪的血液供应,等等。所以基本的潜在机制和我们使用的是一样的,但是它们有一些基因上的技巧,使它们能够修改蛋白质,使它对热更敏感,可以从血液供应中吸收辐射热。

Chris -所以它们使用的是和身体其他部位相同的基因机制,当它们被烧伤或温度过高时,它们也会使用同样的基因机制。但是在这些特殊的面部区域,他们稍微调整了一下基因,使其在较低的温度下变得更加敏感,这样他们就可以利用这些器官来观察他们想要咬的动物的正确部位辐射出的热量,这样他们就可以推断出血管的位置。

大卫:对,没错。例如,在哺乳动物的身体中,让你感觉温度、触觉或疼痛的感觉神经纤维分布在不同的-我们称之为神经节-包含神经细胞簇的地方。支配脖子以下所有神经的是一组神经节而支配脖子以上所有神经的是另一组神经节。在我们的身体里,这两组神经元或多或少是相同的。基因的表达有一些细微的差异,但你在一组神经元中看到的和在其他神经元中看到的几乎是一样的。在吸血蝙蝠中,我们发现在这个表达这种热传感器的特殊基因中,神经簇将神经纤维传递到从颈部到面部的所有部位,包括热感应窝,热传感器的表达是不同的,来自基因的蛋白质被修改了,所以它呈现出这种不同的形式。事实上,这是一个重要的线索,告诉我们这个基因很可能与吸血蝙蝠的特殊功能有关,也就是红外线感应,因为它被修改了,它只在那些神经细胞群中被修改,这些神经细胞群将神经纤维发送到身体的这个区域,这个区域与红外线探测有关。

克里斯:还有其他的动物也以热量为家。例如,有些蛇和毒蛇会瞄准热点,因为那是它们想要攻击的地方,因为我猜,它们认为如果把毒液放在热的地方,那就是血液的地方,这样毒液就会发挥最快的作用,这样就保证了对动物的攻击。它们和你的蝙蝠使用同样的机制吗?

大卫:他们使用的机制是相关的,但在细节上是不同的。关于蝮蛇,一个很好的例子是生活在我这附近的一种叫西部钻石背响尾蛇的蛇,它也有我们所说的“面部凹陷”。它们在结构上与吸血蝙蝠有所不同,但总体上有相似的计划,它们能探测到辐射热,比如,它们在夜间试图在黑暗的洞穴中寻找松鼠或老鼠,所以这让它们能把动物看成是一个发光的物体。它们使用一种蛋白质分子来检测温度,这种蛋白质分子与吸血蝙蝠体内发现的蛋白质或基因家族是相同的,也是我们用来检测热量的蛋白质分子。它是由不同的基因编码的,但它们是同一基因家族的一部分。总的来说,机制是相似的,但是所使用的分子在细节和结构上是不同的。

克里斯-最后,大卫。如果你对这种基因做了吸血蝙蝠对它做的事情,换句话说,让它在较低的温度下敏感,那么你就有了这种基因如何改变其行为的新见解。这对我们理解疼痛是如何在神经系统中发出信号的有何启发?因此,你的发现是否会有一些用处?

大卫:嗯,这是一个很好的问题,我们表达的一种分子,顺便说一下,我应该说它是辣椒等物质的目标。所以,我们在这里谈论的分子与蝙蝠的温度感觉和我们自己的神经系统有关,它使我们能够感受到辣椒的辣味。我们对这种分子很感兴趣,就像其他实验室一样,因为有证据表明,它也被炎症和组织损伤过程中产生的物质所修饰,然后使整个系统变得敏感,例如,你现在会喜欢低温度,有时会感到疼痛。例子是,如果你有一个晒伤然后洗澡和温度通常是你认为是温暖和舒适,你可以考虑,或认为是有害的或痛苦的热,与这样一个事实,这些炎性因子作用于这个分子降低门槛的热量,因此,生成一个感知的痛苦即使在温度通常你不会考虑痛苦。了解这是如何发生的以及这些分子是如何变化的以及这些分子的结构是如何参与这些致敏机制的对于理解疼痛超敏反应非常重要,尤其是在组织损伤的情况下。通过观察这些特殊蝙蝠受体的结构,我们可以了解分子的哪些部分可能与这种温度变化有关。

克里斯-谁能想到呢!我们知道大蒜能赶走吸血鬼,但现在,也许辣椒能吸引他们。大卫,非常感谢你。这是大卫·朱利叶斯。他来自加州大学旧金山分校,你可以在本周发表的《自然》杂志上找到他所谈论的工作。

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