揭開地球上唯一永生動物水母的神秘面紗!人類會返老還童嗎？

 不死水母的故事起始于1988。海洋生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生Christian Sommer在意大利西北部靠近熱那亞的淺水區(qū)收集到一只微小的鐘形水母體，它長著少量纖細(xì)的觸須，粉紅色的性腺呈吊燈形。在一個周五，他將這只水母放在一碗海水中，卻忘了在周末它放回到冰箱。當(dāng)他在下周一回到實驗室時，發(fā)現(xiàn)水母體不見了。但它沒有完全憑空消失——那只碗中留下了一只水螅體。

這一反?，F(xiàn)象讓研究者感到困惑。科學(xué)家認(rèn)為他們早已熟知水母的生命周期：受精卵長成毛茸茸的膠囊狀幼蟲，幼蟲變形為水螅體(polyp)，隨后長成能夠游動的水母體(medusa)。水母體產(chǎn)生卵子和精子，完成繁衍后代的使命，直至最后走向死亡。但是，一個周末的時間顯然不夠碗中的水母體完成繁殖、長成幼蟲、變形為水螅體的過程。這些轉(zhuǎn)變需要花上數(shù)周的時間。那么，那個周末發(fā)生的轉(zhuǎn)變，就只剩下一種驚悚的可能性：就像電影《返老還童》中的本杰明·巴頓一樣，水母一定逆轉(zhuǎn)了年齡，從生命循環(huán)中成熟的水母體逆轉(zhuǎn)變回水螅體。

通常情況下，水母由受精卵發(fā)育而來，長成幼蟲，之后變形為水螅體，最后成為能夠自由游泳的水母體。不過，燈塔水母并不嚴(yán)格地受生命循環(huán)限制，成熟的水母體也可以變回水螅體。

人們在幾個世紀(jì)前已經(jīng)知道，水母的生命循環(huán)并非一層不變。一些水母會跳過水螅體階段，直接從幼蟲(也叫浮浪幼蟲)成長為水母體。也有很多水母一直從未經(jīng)歷水母體階段，一直以水螅體生活。水螅體可以由其他水螅體變化而來。水母體也可以從其他水母體的下腹部生出來。除去水母生命循環(huán)中的可塑性，科學(xué)家相信存在著一個極限，一旦水母體到達(dá)了繁殖的年齡，這些不同尋常的變態(tài)行為再也不會出現(xiàn)。我們一直相信，一旦動物成熟至能夠產(chǎn)生卵子和精子，之后唯一的選項就是繁殖和死亡。直到那只在一個周末讓自己恢復(fù)年輕的水母的出現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)衰老的燈塔水母

意大利薩倫托大學(xué)的Stefano Piraino在他位于萊切的實驗室附近，發(fā)現(xiàn)了這類不死的水母——燈塔水母(Turritopsis)。在實驗室，Piraino和合作者觀察了水母從水螅體到水母體，以及水母體到水螅體的來回轉(zhuǎn)變，其間沒有經(jīng)過繁殖-死亡的生命過程。

在它們發(fā)育成熟成能自由移動的水母體之前，典型的水母幼蟲會變成錨狀的水螅體，如圖。但是一些水母會跳過一些階段，或者就一直保持在水螅體階段。

“這就相當(dāng)于一只蝴蝶重新變成毛毛蟲，簡直難以置信。這一定需要真正的變態(tài)，而且是相反的變態(tài)過程。”Piraino寫到。

Piraino也一直強(qiáng)調(diào)，通過感染、被捕食等情形，燈塔水母也會經(jīng)歷死亡。“如果它們確實是不死的，那么我們不難想象，海洋中會飄滿燈塔水母，但我們并沒有看到那樣的景象。”他說。但至少在理論上，水母可以永遠(yuǎn)沿著生命的循環(huán)向前，或是向后。在日本，一位科學(xué)家在他的實驗室里保存了一只燈塔水母幾十年。

最近，我們了解到擁有這種永不衰老傾向的，可能不止這類小型水母。

燈塔水母是非常小的物種。如圖，多數(shù)的水母體都在野外中被吃掉了，它們的永生也沒有太大用處。

在2016年，與Sommer類似的故事發(fā)生在中國研究生何勁儒身上。他在研究另一種水母——海月水母時，將一只水母體拋在腦后。幾天后，水母體沉到水箱底部一動不動。水母分解成碎片，正常人都會認(rèn)為它死了然后將它沖入下水道。但何勁儒沒有這樣做：他繼續(xù)觀察下去。幾個月后，如同鳳凰涅槃，水母體碎片開始重新組裝——觸須開始出現(xiàn)，嘴巴開始形成。最后，一個完好的健康水螅體從水母體的尸體中醒來。水母似乎逆轉(zhuǎn)了生命的輪回，而不是簡單地死亡。

就像動物一樣，個體細(xì)胞也會經(jīng)歷生命循環(huán)。所有類型的細(xì)胞都由干細(xì)胞分化而來，這些干細(xì)胞就像一塊原始的面團(tuán)。特定的基因會在每個干細(xì)胞中表達(dá)或者不表達(dá)，這使得干細(xì)胞可以變?yōu)榧∪饧?xì)胞、表皮細(xì)胞或者神經(jīng)細(xì)胞，就像烘焙師可以使面團(tuán)變成披薩餅、面包或餅干。但是你沒有辦法將餅干變?yōu)榕_。同樣，肌肉細(xì)胞也不能轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)細(xì)胞。

可倒回的干細(xì)胞

Piraino希望能夠理解當(dāng)水母的身體經(jīng)歷逆轉(zhuǎn)年齡的過程時，在細(xì)胞層面到底發(fā)生了什么。燈塔水母的細(xì)胞生命存在極限嗎?燈塔水母的細(xì)胞是否完全分化了?答案，有點難以置信，似乎是否定的。

正常情況下，控制胚胎變形為幼蟲或者從幼蟲變形為水螅體的基因開關(guān)是不可逆的。“但是燈塔水母細(xì)胞可以啟動倒回開關(guān)。” Piraino解釋說。

當(dāng)燈塔水母的水母體重回幼年期時，比如，肌肉細(xì)胞會關(guān)閉或開啟一些基因，使其重新表達(dá)，這樣細(xì)胞就倒回干細(xì)胞的狀態(tài)。之后，干細(xì)胞會在水螅體中重新形成其他類型的新細(xì)胞。

燈塔水母的形狀可以任意改變。它們的干細(xì)胞可以分化成特定的細(xì)胞，之后又可以回到更原始的狀態(tài)。(

完全分化的細(xì)胞可以重新變回干細(xì)胞的想法，對于醫(yī)療研究有著巨大的吸引力。如果我們能啟動自身細(xì)胞的倒轉(zhuǎn)開關(guān)，就有可能開發(fā)出疾病治療的新方法，帕金森、癌癥這樣由細(xì)胞分化異常引發(fā)的疾病有望迎刃而解。“癌癥就是細(xì)胞不講規(guī)則的增長，不受控制的增長。我們對于新增細(xì)胞沒有辦法。” Piraino說。但在燈塔水母中，細(xì)胞能夠從一種細(xì)胞重新編碼為另一種，“是一個受控制的過程”。我們需要了解，這種控制是怎么實現(xiàn)的。

德克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)海洋實驗室的Maria Pia Miglietta是Piraino在燈塔水母研究中的合作者。2009年，她發(fā)現(xiàn)在日本、巴拿馬、美國佛羅里達(dá)、西班牙和意大利附近海域生活的燈塔水母的基因基本一致，因而將它們歸為同一物種。所以當(dāng)海洋還沒有被不死水母填滿時，她證明了這種水母確實在全世界范圍內(nèi)都有分布。

Miglietta發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)祟惒攀菬羲阜植既绱酥畯V的原因——船舶的壓載水將它們運(yùn)送至全球各地。不像一些其他物種，不死的水母對生態(tài)系統(tǒng)幾乎沒有威脅，因為它們很小，對我們的威脅也不大——即使被叮咬也不會感到疼痛。然而，它在水母體和水螅體之間來回轉(zhuǎn)變的能力，使它們能夠承受船體的壓力，從而幫助它們遍布全球。

不死的細(xì)胞指令

當(dāng)我在德克薩斯州與Miglietta見面時，她的燈塔水母基因工作仍在繼續(xù)。她現(xiàn)在的研究計劃是由兩位日本生物學(xué)家：山中伸彌(Shinya Yamanaka)和他的學(xué)生高橋和利(Kazutoshi Takahashi)提出的。在本世紀(jì)初期，他們將4~7段稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白注射到小鼠的皮膚細(xì)胞中。轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合，控制哪段基因被表達(dá)。兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，僅僅是這些少量的蛋白，也能夠使皮膚細(xì)胞回到干細(xì)胞階段。科學(xué)家又能將這些干細(xì)胞培養(yǎng)成神經(jīng)細(xì)胞、血細(xì)胞和心肌細(xì)胞。因為這項開創(chuàng)性的工作，山中伸彌獲得了2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不僅僅是燈塔水母在受刺激后回到生命輪回中的早期，圖中的海月水母同樣可以。(

Miglietta告訴我，現(xiàn)在的主要障礙是，很多關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子的工作都是在培養(yǎng)皿中進(jìn)行的。但在動物體內(nèi)，細(xì)胞與周圍細(xì)胞有著持續(xù)的交流，它們通過分子信息告訴其他細(xì)胞如何運(yùn)轉(zhuǎn)。

“為了完全理解一個細(xì)胞如何變成全能干細(xì)胞，之后再轉(zhuǎn)變成其他細(xì)胞，你需要知道它在有機(jī)體中是如何工作的。” Miglietta說。山中伸彌和他的合作者在最近的論文中指出了相同的問題。他說為了理解細(xì)胞的命運(yùn)，燈塔水母細(xì)胞這種從成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞的機(jī)制，是我們的最佳研究對象。

這就是Miglietta和Piraino正在研究的。他們已經(jīng)收集了燈塔水母的水母體和水螅體，觀察它們在逆年齡時哪些基因是活躍的。山中伸彌在小鼠試驗中用到的轉(zhuǎn)錄因子，也受到了他們的特別關(guān)注。

Miglietta列出了一系列他們希望能夠解答的問題。“我們希望明白山中伸彌發(fā)現(xiàn)的基因在燈塔水母細(xì)胞中扮演了什么樣的角色，”她說，“這段基因是否存在?如果只有兩三段基因，每一段具體控制著什么?我們可以將燈塔水母視作模型系統(tǒng)，來理解基因的行為嗎?這是我們現(xiàn)在的努力方向。”

但至少，在收集完所有數(shù)據(jù)、證實試驗的可重復(fù)性之前，不死水母的秘密依舊籠罩在神秘面紗之下。