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温度——让猫咪变色, 海龟变性

时间:2021-04-05 14:34来源:互联网 作者:小狐

□鲈鱼

天气越来越热,养了暹罗猫的铲屎官都知道,气温一降,自家毛孩子就变身“挖煤工”毛色越来越深,称它们是“猫中变色龙”真是一点都不夸张。

你知道暹罗猫为什么可以随着温度变化任性换装吗?对,是因为温度。

基因突变是动物“换装”的幕后黑手

为了解释清楚这个问题,我们先得认识一个基因—TYR基因。它是负责合成酪氨酸酶的,这个酪氨酸酶可不简单,它参与黑色素的合成与色素沉积。

一般来说,酪氨酸酶的活性越高,黑色素就合成得越快越多,动物毛发的颜色也就越深,反之则呈现浅色。

但暹罗猫的TYR基因有些特别。它发生了突变,在合成酪氨酸酶时出现了缺陷,无法正常发挥作用。如果完全失去作用,暹罗猫也不会有这种“变色”的特异功能,但神奇的是,这种有缺陷的酪氨酸酶仅仅是无法在正常体温下起作用,一旦皮肤温度降低到33℃以下,它就会恢复活性,又能正常工作了。

正是这个原因,导致暹罗猫一到冬天就开始越来越黑。

拥有这种神奇的“换装”技能的动物并不少。比如一些兔子(喜马拉雅兔)也会出现类似的突变。

不同物种,响应温度影响的方式也不同

不过,温度影响动物毛色这件事,还真不是什么值得大惊小怪的事情,因为有些动物,连性别都是温度说了算。

曾有研究团队专门调查了澳大利亚大堡礁北部的绿海龟,发现在温度稍高地区孵化的小海龟,99%为雌性,而在温度较低的海域,雌性的比例明显降低,大约为65%-69%。

后续研究显示,绿海龟孵卵的沙滩温度超过29.3℃时,雌性幼海龟的比例会显著增多。

因为温度变化,连龟宝宝的性别也都变了?

通常来讲,生物的性别由遗传物质决定。不过,凡事都不是绝对的,自然界有一些生物,它们的性别受环境影响很大。其中最重要的一个因素,正是温度。例如,许多爬行动物的性别由卵孵化时的环境温度决定,不同物种对温度的敏感度及响应方式也存在差异。有些动物在温度高时,后代普遍发育为雌性,温度低时为雄性;有些则刚好相反;还有一些则是只有在特定的温度范围才发育为雌性或雄性。

温度对动物性别的影响有多大呢?举例来说,34℃下,奥利亚罗非鱼生产的后代有97.8%为雄性,27℃下则63%为雄性。

海龟正是大家比较熟悉的一类后代性别受温度调控的动物。每到繁殖季节,海龟都会游回祖祖辈辈都钟爱的那块沙滩开始产卵。让研究人员忧心忡忡的是,受全球变暖的影响,近年来澳大利亚大堡礁北部生活的幼年绿海龟雌性比例大大增加,这给绿海龟的族群发展蒙上了阴影。

转基因技术能改变动物对温度的感知能力

温度不仅会影响动物的性别,还能塑造动物对冷热的感知能力。

在纪录片中,冰天雪地的南极,企鹅们仍然行动自如,甚至还想去海里游个泳;烈日高照的,大象依旧优哉游哉地散着步。看着这些景象,你有没有好奇过为什么企鹅不怕冷,大象也对炎热的天气无动于衷?

动物这种对温度特殊的适应能力,其实和它们体内某种温度感受器—瞬时受体电位TRP离子通道有关。这是一类在外周和中枢神经分布很广泛的“通道蛋白”主要工作原理是使阳离子通过细胞膜的跨膜离子通道,进而引发一系列细胞反应,让生物感觉到冷热。

研究人员对分布在不同生活环境下的脊椎动物的TRP离子通道进行研究,发现TRP离子通道的冷敏感性在南极企鹅和大象之间存在巨大差异。企鹅的冷敏感性明显低于象。所以,企鹅虽处在寒冷的环境下,自己却不觉得有多冷;反之,象也没觉得有多热。

为了进一步证实TRP离子通道的作用,研究人员通过转基因技术,让原本冷敏感性高的小鼠显性表达冷敏感度低的TRP离子通道,结果小鼠变得更偏好低温环境。这进一步证实了TRP离子通道可以影响动物对温度的感知。

最后,研究人员提出了一种动物对温度的适应机制:进化过程中,为了适应变化的环境温度,生物会不断改变TRP离子通道的敏感性,来调整身体对冷热的感知能力,从而更好地适应环境。

应对温度变化,动物不仅有冬眠,还有夏眠

温度变化还与动物的睡眠周期有关。我们以果蝇为例来做说明。

研究人员发现,果蝇体内存在一种“温度计”式的神经回路,这个回路可以将外部的低温信息传递给大脑,抑制果蝇大脑中促进清醒的神经元细胞。这样一来,低温环境中的果蝇就很难迅速清醒过来。而且实验证明,这种抑制作用在早上表现得更加明显。

进一步研究表明,果蝇触角上有一类神经细胞专门负责报告外界的低温,当环境温度低于果蝇的“舒适区”25℃时,这种感知寒冷的神经细胞就会持续活跃,向大脑发出“寒冷”信号,而且气温越低信号越密集。果蝇大脑中有一组神经元,专门负责接收这种寒冷信息。接收信息后,这些神经元的活动性就会持续受到抑制,阻挡果蝇从睡眠中清醒过来。

“低温嗜睡”的极端例子就是冬眠。这种特殊的行为有助于动物躲避严寒,大大提高了动物应对不良自然环境的能力。当然,温度过高对动物来说,同样是一种环境胁迫因素。因此很多动物依旧选择了睡过去—夏眠。眼睛一睁一闭,高温季节就过去了,岂不美哉。

温度对生物的影响的确无处不在。

本文相关词条概念解析:

温度

温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现,含有统计意义。对于个别分子来说,温度是没有意义的。根据某个可观察现象(如水银柱的膨胀),按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。

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