真正的“吸血鬼”!蝙蝠吸血的遗传机制,有了全新答案

  能够利用血液作为营养物质的哺乳动物不在少数,但如果血液成为唯一的食物来源,情况就大不相同了。几乎所有哺乳动物都无法在这样的情况下存活,因为动物血液虽然含有丰富的蛋白质和铁,但碳水化合物和脂质含量很低,因此仅靠血液提供的能量无法满足生命活动的需求。

  在所有哺乳动物中,只有一个特例,这就是我们很熟悉的“吸血鬼”原型——蝙蝠。不过有些令人意外的是,在已知的1400多种蝙蝠中,只有3个吸血蝠科的物种完全以血液为食。而其余的蝙蝠食谱则要“正常”得多,食物包括昆虫、水果、花蜜、花粉和一些小型动物(如鱼类)的肉。

  “血液是糟糕的食物来源,令人惊奇的是吸血蝠能依靠血液生存。即使是在蝙蝠之中,它们也足够怪异。”美国杜兰大学的Hannah Kim Frank博士点评道。

  为什么这些吸血蝠能够成为哺乳动物的另类?科学家已经发现,这些以血液为食的蝙蝠,拥有一系列相匹配的生理机能。例如,由于血液中近80%都是液体、能量密度很低,因此这些蝙蝠一餐最多会吸入相当于自身体重1.4倍的血液。为此,它们需要一个可扩张的胃。此外,由于碳水摄入量很低,因此这些蝙蝠的基础胰岛素水平低于其他哺乳动物。

  但究竟是什么原因,从根本上导致了这些蝙蝠与众不同的生理特征?面对这个问题,科学家必须从遗传学的角度入手,找到与这些性状相关的基因。

  2018年的一项研究发现,有3个基因与吸血蝠生理特征的演化有关。研究团队对比了普通吸血蝠(3个吸血的蝙蝠物种之一)与其他蝙蝠的基因组,发现问题出在味觉受体上:一个甜味受体基因和两个苦味受体基因减少,这说明它们感受味觉和甜味的能力下降,而这又直接影响到血糖稳态。

  不过之前的研究也存在明显的局限性,那就是分类学上的分辨率有限。例如在叶口蝠科的200多个物种中,研究只涵盖了普通吸血蝠这一个物种。现在,一项发表于《科学·进展》的研究有效地解决了这个问题。作者将普通吸血蝠的基因组与26个已知基因组的蝙蝠进行比较,这其中包含了6个叶口蝠科的物种。

  通过这项全基因组筛查,研究团队找到了更多与吸血的生理特征相关的基因。他们发现,有13个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个与味觉受体相关的基因,还有10个是首次发现的。

  具体而言,两个基因(FFAR1SLC30A8)的缺失与胰岛素分泌下降相关PPP1R3E的缺失削弱了糖原代谢的能力,这些基因的变化使得吸血蝠能够在缺少碳水化合物的情况下生存;参与胃酸分泌的CTSE基因缺失——对于这些蝙蝠来说,胃壁细胞由分泌胃酸转为分泌铁。此外,其余5个基因的缺失分别反映了独特的营养元素组成、血液病原体多样性,甚至是特殊的认知能力。

  由此,这项研究展示了与那些进食花蜜和水果的近亲相比,吸血的蝙蝠有着怎样的遗传差异。正是这些遗传上的改变,使得它们拥有了独特的生活习性与生理特征。

  与我们印象中的反派形象不同,这些蝙蝠还体现出了互助精神。当同伴长时间没有进食血液,蝙蝠会以反刍的方式与饥饿的同伴分享食物。而且有研究注意到,它们似乎能够记住谁帮助过它们,并且会给予回报。从生理、个体行为再到复杂的社会关系,这些神奇的“吸血鬼”或许比我们想象得更加“有血有肉”。

  参考资料:

  [1] Moritz Blumer et al。 Gene losses in the common vampire bat illuminate molecular adaptations to blood feeding。 Science  Advances (2022)。 DOI: 10.1126/sciadv.abm6494

  [2] Scientists figure out how vampire bats got a taste for blood。 Retrieved Mar 25th, 2022 from https://phys.org/news/2022-03-scientists-figure-vampire-blood.html

  本文来自药明康德内容微信团队

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