鲸、象走向灭绝,带走癌症治疗线索


原文链接:As Elephants and Whales Disappear, They Take Valuable Cancer Clues With Them

物种灭绝,随之带走了有用的基因。

2011年8月的一天,美国海岸研究中心的海洋科考船海鸥号游弋在马萨诸塞州海岸附近的海面上,中心座头鲸研究主任祖克•罗宾斯(Jooke Robbins)注视着海面。大约中午时分,水面上露出一片熟悉的背鳍,这是一条雌性座头鲸,名字叫绍特(Salt,意思是盐),身上布满白色的小伤疤,像洒了一层盐,以此得名。科学家们从20世纪70年代就开始研究它。



座头鲸叫绍特,这是世界上第一头有名字的野生鲸。

罗宾斯给十字弓装上箭头,箭头的尖是特制的,箭头上附带一个黄色浮标。罗宾斯瞄准了目标。箭头飞出,正中目标,箭头是精心设计的,不会伤害鲸的身体,只是擦下几立方毫米的肉——相对于鲸硕大的身躯,这也就相当于被蚊子咬了一口。

罗宾斯和她的团队将样本保存在液氮中,然后送去分析。八年后的今天,亚利桑那州立大学亚利桑那癌症进化中心(ACE)的研究团队发现,绍特和其他鲸下目动物——包括鲸鱼、海豚和鼠海豚——进化出巧妙的对付癌症的方法,包括一系列的肿瘤抑制基因。

这些发现,以及对大象的类似研究,表明大型哺乳动物遗传密码和进化历史中可能隐藏着治疗人类癌症的方法。可惜,即便这个研究结论是正确的,这些动物的数量和栖息地的生物多样性面临的人类的威胁依然在继续,留给科学家研究这些巨型动物如何防癌的时间不多了。



维也纳美泉宫动物园一只5岁的公象。在大象的遗传密码和进化历史的深处,可能蕴藏着治愈人类癌症的线索。

对于罗宾斯来说,像绍特这样的鲸鱼的价值是毋庸置疑的。保护大型哺乳动物有很多正当的理由,从伦理到生态。但是她从来没想到,会与癌症研究扯上瓜葛。

“倒退到几年前,我不会想到我们会研究鲸的癌症,更不用说找到治疗人类癌症的启发。”她说,“这是出乎意料的,也是非常有价值的,但我从未有此计划。”

从理论上讲,像绍特这样长寿的大型生物应该有很高的癌症发病率。癌症的核心机制是,癌症开始于一个错误的细胞分裂,潜在的致命变异会扩散到邻近的细胞,如果不加以抑制,就会扩散到整个身体。



佩托悖论:体型大的动物患癌概率却更低

与人类相比,鲸鱼和大象的细胞数量可能是人类的数百倍,它们的自然寿命也同样很长,但它们的细胞发生变异、癌变,并死于癌症的频率也却低于人类。亚利桑那癌症进化中心正在研究这个怪现象。这种现象被称为佩托悖论(Peto's Paradox),以这个悖论的提出者英国流行病学家理查德·佩托(Richard Peto)的名字命名。在20世纪70年代末,佩托提出,人类寿命更长,体型也比老鼠大得多,但人类患癌症的几率与老鼠差不多,因此一定存在某种抑制癌症的自然选择。

2011年,亚利桑那癌症进化中心的研究人员和世界上其他11个机构的科学家们开始从座头鲸基因组中破解佩托悖论,研究方法是比较绍特与其他鲸类的基因中的信息。根据今年报道的研究结果,鲸基因组中决定细胞如何分裂和何时分裂的部分进化得很快,而且与鲸长到巨大体型的时间一致。

马克·托利斯(Marc Tollis)——北亚利桑那大学信息、计算、和网络系统学院的生物学家,于2015年加入并领导亚利桑那癌症进化中心的研究,希望破解令人振奋的谜题,找出鲸鱼体内的抗癌基因,并把它引入小型生物体内,帮助后者击退癌变的细胞:在小鼠身上测试,最终在人身上得到所希望的结果。

其他科学家也在研究另一种大型动物——大象——身上的佩托悖论。2012年,犹他大学的儿科肿瘤学家乔舒亚·希夫曼(Joshua Schiffman)了解到这些动物体内有一种负责对抗肿瘤的基因的额外拷贝后,开始研究它们的抗癌能力。这种基因正是他的李-佛美尼综合征(Li-Fraumeni syndrome)病人所缺乏的。李-佛美尼综合征是一种罕见的遗传性疾病,容易导致患者患上癌症。

希夫曼团队与亚利桑那癌症进化中心的卡罗·梅利(Carlo Maley)合作,利用当地动物园和玲玲马戏团——那时候马戏团还可以进行大象表演——以及马戏团的大象保护中心的大象在兽医定期检查期间收集的血液样本,研究大象为何少得癌。他们研究发现,大象体内的肿瘤破坏基因的额外拷贝会引发一种程序性细胞死亡,以及一种名为凋亡的癌症防御机制。当一个细胞分裂并经历某种DNA损伤时——例如,来自化学物质的损伤——细胞要么试图修复自身,要么自我毁灭,以防止突变扩散到其他细胞。与人类相比,鲸鱼和大象的细胞也更容易发生凋亡。

希夫曼说:“人类很聪明,但大自然更聪明。“经过数亿年的进化,大自然已经找到了一些解决我们健康问题的方法。”

希夫曼补充说,很明显,大象和鲸鱼经过无数代的努力,已经找到了对抗癌症的方法。他的团队还在寻找大象基因中的其他癌症防御机制,并试图将之用到人身上。

“比(这些动物)找到治愈癌症方法更令人兴奋的是,”他补充说,“它们首先进化出了预防癌症的方法。”

到目前为止,在现存的约90种鲸下目动物中,有22种已经进行了基因组测序,并被添加到美国国家生物技术信息中心数据库中,而且更多种的鲸的数据还在增加中。当托利斯在2015年开始研究绍特的基因组时,只有5个基因组数据。他说,随着新技术的出现,这一领域发展迅速,数据处理成本更低,也更容易。

科学家还对现存的三种大象的基因组进行了测序。虽然这只是一个开始,但科学家们可能没有足够的数据来全面了解这些动物是如何击败癌症的。随着人类活动通过破坏生态系统、气候变化等方式侵蚀这些种群,研究人员收集样本的机会越来越少。这种生物越来越难找到,保护它们的法规也越来越严格,导致研究进度慢了数年。

考虑到这些物种的减少速度,托利斯还希望这项研究也能让人们考虑到癌症研究和环境的双重重要性。

“总的来说,由于我们现在正经历一场生物大灭绝事件,”他说,“我们需要所有能找到的保护物种的理由。”

根据国际自然保护联盟(IUCN)的数据,这些大型哺乳动物的保护状况好坏参半。一些鲸种,如座头鲸,已经从几个世纪的捕猎中恢复,而另一些鲸种,如北大西洋露脊鲸和大须鲸,仍然濒临灭绝。非洲象和亚洲象分别被列为易危和濒危物种。

最近,博茨瓦纳解除了为期五年的猎象禁令,日本在7月恢复了商业捕鲸。然而,保护专家们更关心的是栖息地的丧失和其他对该鲸来说不那么剧烈、但现在完全意识不到的危险。

大象痛失家园,因为它们以前的栖息地变成了工业区或农田,这也导致了“人象冲突”,总部设在肯尼亚的研究和保护组织“拯救大象”(Save the Elephants)的战略顾问克里斯·索利斯(Chris Thouless)说。

世界自然保护联盟的鲸类专家哈尔·怀特黑德说,在海洋中,鲸鱼越来越多地受到海洋微塑料和船舶噪音的威胁。鲸类动物利用声音来寻找食物,并形成社会联系,因为视觉和嗅觉在水下都不是特别有效,而且噪音会给动物带来压力。

怀特海德补充说:“受影响最严重的物种是那些与人类接触最密切的物种。”

即使这些物种的数量恢复了,还要面临没有足够多的物种来收集基因数据的问题。不列颠哥伦比亚省伯纳比西蒙弗雷泽大学的分子生物学家大卫·贝利说,仅从一种动物身上提取的样本不一定代表整个物种。

从许多样本中收集到一个物种准确、有代表性的基因组是有价值的,个体基因组中可能出现的一些奇怪现象也是有价值的。基因多样性和庞大的种群数量为突变留下了很大的回旋余地,这些突变可能对生物和人类都有利——将来如果人类能正确理解的话。

“我们拥有的基因组越多,就越能更好地理解构成种群结构基础的剩余多样性,”贝利补充说,罕见的突变“例如,在试图了解抗病性时可能非常重要。”

托利斯说:“有证据表明,同一物种的不同区域群体之间存在着非常不同的遗传变异,我们需要付出更多的努力来对动物远亲的基因进行分类。”同样,据希夫曼说,偷猎、栖息地丧失和近亲繁殖已经造成了一个瓶颈,抑制了许多物种的遗传多样性,特别是大型动物。

联合国生物多样性公约执行秘书Cristiana Pașca帕默称,栖息地和物种减少对医学的广泛影响仍然是未知的。

她在电子邮件中写道:“大象和鲸等大型物种的消失只是全球生态系统物种多样性急剧减少的一个缩影。”“实际上,当我们采取行动保护生物多样性时,我们是在保护我们自己。”

人类活动正如何改变这些动物一代代的基因组,以及它们所拥有的潜在有用数据的,也是未知的。例如,英国南安普敦大学的研究表明,随着人类继续在未被驯化的栖息地上修桥铺路,哺乳动物的平均体型缩小四分之一。随着世界上动物的基因适应人类对地球越来越紧的控制,一个物种用来战胜许多疾病和其他有价值突变的基因可能会在不经意间快速消失。

“如果我们失去了在野外研究这些动物的机会,如果我们不保护它们,”希夫曼说,“我们可能会失去许多种疾病的治疗方法。”

标签: 基因, 佩托悖论

添加新评论

captcha
请输入验证码