科幻成真了?在动物血液里注入光合作用植物会发生什么

【字体: 时间:2021年10月14日 来源:iScience

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  青蛙在水里和陆地上过着双重生活,在它们的一生中有很多呼吸技巧——通过鳃、肺和皮肤。现在,德国科学家已经开发出另一种方法,通过将藻类引入蝌蚪的血液中来提供氧气,让蝌蚪“呼吸”。10月13日发表在iScience上的这种方法,提供了足够的氧气来有效地拯救缺氧蝌蚪大脑中的神经元。

  
   

Green algae in tadpole blood vessels    

注入的绿藻(绿色)位于血管(品红)内,就像一串珍珠。


青蛙在水里和陆地上过着双重生活,在它们的一生中有很多呼吸技巧——通过鳃、肺和皮肤。现在,德国科学家已经开发出另一种方法,通过将藻类引入蝌蚪的血液中来提供氧气,让蝌蚪“呼吸”。10月13日发表在iScience上的这种方法,提供了足够的氧气来有效地拯救缺氧蝌蚪大脑中的神经元。

慕尼黑大学的资深作者汉斯·斯特拉卡说:“藻类实际上产生了大量的氧气,如果你愿意,它们可以让神经细胞恢复生命。对许多人来说,这听起来像科幻小说,但毕竟,这只是生物学方案和生物学原则的正确结合。”

斯特拉卡当时正在研究非洲爪蛙蝌蚪大脑的氧气消耗情况,一次与植物学家的午餐谈话激发了他将植物生理学与神经科学结合起来的想法:利用光合作用的力量为神经细胞提供氧气。这个想法似乎并不牵强。在自然界中,海藻和谐地生活在海绵、珊瑚和海葵中,为它们提供氧气甚至营养物。为什么像青蛙这样的脊椎动物没有呢?

为了探索这种可能性,研究小组将绿藻(衣藻属)或蓝藻细菌(集胞藻属)注入蝌蚪的心脏。随着每一次心跳,藻类缓慢地穿过血管,最终到达大脑,将半透明的蝌蚪变成了明亮的绿色。照射在这些蝌蚪身上的光线促使这两种藻类向附近的细胞泵出氧气。

在将藻类分布到大脑后,研究人员将蝌蚪的头部分离出来,并将其放入一个含有必要营养物质的氧气泡浴中,这些营养物质将保存细胞的功能,从而使研究小组能够监测神经活动和氧气水平。当研究人员从浴缸中消耗氧气时,神经停止活动并陷入沉寂。然而,照射蝌蚪头部后,在15到20分钟内重新启动了神经活动,这比在没有海藻的情况下补充氧气要快两倍。恢复的神经也表现得和缺氧前一样好,甚至更好,这表明研究人员的方法是快速和有效的。

“我们成功地证明了这种方法的原理实验。它令人惊讶地可靠和强大,在我看来,这是一个美丽的方法,”斯特拉卡说。“原则上的工作并不意味着你最终可以应用它,但这是启动其他研究的第一步。”

虽然研究人员认为,他们的发现可能会在某一天为中风或缺氧环境(如水下和高海拔)引发的疾病带来新的治疗方法,但藻类还远没有准备好进入我们的血液循环。研究小组的下一步是观察注入的藻类是否能在蝌蚪体内存活,并在不引起对动物造成严重破坏的免疫反应的情况下继续生产氧气。

斯特拉卡还设想,他的研究将有益于其他研究分离组织或类器官的实验室。引入产氧藻类可以帮助这些组织茁壮成长,并提高它们的存活率,潜在地减少对活体动物的实验需求。

“你必须有新想法和新概念去探索;这是推动科学的方式之一,”斯特拉卡说。“如果你思想开放,仔细思考,突然之间,你就能从一个想法中看到所有的可能性。”

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iScience

DOI

10.1016/j.isci.2021.103158


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