【球盟会】失眠党有救了！中国科学家发现驯鹿能熬夜的密码

摘要

白天醒不了，晚上睡不着？生物钟一旦乱了套，如何拯救你的睡眠？关于这个问题，中国科学家领衔的国际研究团队，已经从驯鹿的基因组中找到了答案。

球盟会官网报道

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白天醒不了，晚上睡不着？生物钟一旦乱了套，如何拯救你的睡眠？

关于这个问题，中国科学家领衔的国际研究团队，已经从驯鹿的基因组中找到了答案。

《科学》（Science）上发表了一篇研究文章，中国科学家领衔的国际团队，通过对驯鹿的基因组进行研究，解释了为什么驯鹿不容易患癌、它们如何适应恶劣环境、如何产生更多的维生素D等问题。研究结果在医学领域具有深远影响。

An international team led by Chinese scientists explained why deer are less likely to develop cancer, how reindeer adapt to the harsh environments, and how they produce more Vitamin D. The answers could have far-reaching medical implications.

这篇研究文章是该研究团队在《科学》杂志上发表的三篇论文之一。

（中国学者及其合作者连发三文揭示反刍动物适应性进化之谜，图片来源Science）

据悉，这支由中国农科院特产研究所特种动物营养与饲养创新团队联合西北工业大学、苏州大学、挪威生命科学大学、中国科学院组成的团队，通过研究反刍动物基因组，得出了一系列对人体健康问题解决具有关键作用的成果。

（西北农林科技大学研究团队）

“了解反刍动物的进化历史，可以帮助我们改进再生医学、肿瘤生物学、睡眠紊乱和骨质疏松症等医学研究，帮助我们培育新品种家畜。”中国科学院昆明动物研究所研究员、文章通讯作者王文教授表示。

"Understanding the evolution of ruminant animals can improve our research in regenerative medicine, tumor biology, sleeping disorder and osteoporosis, and it may also help us breed new livestock in the future," the paper's corresponding author Wang Wen, researcher of Kunming Institute of Zoology under Chinese Academy of Sciences, told Xinhua.

什么是反刍动物？

反刍动物是超过200种特殊的陆生植食性动物的统称，包括常见的家畜。

反刍是指进食经过一段时间以后将在胃中半消化的食物返回嘴里再次咀嚼，反刍动物就是具有反刍这种消化方式的动物。

论文介绍称，反刍动物是最成功的哺乳动物类群之一，具有广泛的形态和生态多样性，包括几种主要的牲畜种类，如牛、水牛、牦牛、绵羊和山羊。反刍动物已经进化出几个显著特征，如多室胃、骨质角、特殊的牙齿、善于奔跑，以及身材变化范围大等。

The ruminants are one of the most successful mammalian lineages, exhibiting extensive morphological and ecological diversity and containing several key livestock species, such as cattle, buffalo, yak, sheep, and goat. Ruminants have evolved several distinct characteristics such as a multichambered stomach, cranial appendages (headgear), specialized dentition, a highly cursorial locomotion, and a wide range of body size variations.

从驯鹿身上解锁“睡眠密码”

该研究团队绘制了44种反刍动物的基因组，其中包括鹿、牛和羊。

A trio of reports published on Thursday in the journal Science mapped out the genomes of 44 ruminant species, a group of multi-stomached mammals including deer, cow and goat.

论文通讯作者、特产所副研究员李志鹏介绍，驯鹿主要分布于欧亚大陆、西伯利亚南部和北美大陆的北纬48º以北的苔原、山地和林区，是北极和亚北极地区大型反刍动物区系的典型代表。

长期处于极端的自然条件下，驯鹿时刻面临酷寒、极为有限的食物供应，甚至是极昼极夜的环境，那么，它们是如何调节自身的生理状态以达到适应的状态？

这是因为，驯鹿的节律通路中的核心调控基因（PER2）发生了驯鹿特异性的突变，导致PER2基因与另一个节律核心基因（CRY）无法结合，使驯鹿丧失了昼夜节律分子钟，从而能适应极昼和极夜的环境。

简而言之，研究人员发现，驯鹿与昼夜节律相关的基因发生了突变，导致它们几乎没有与昼夜节律相关的生物钟，因而能在极端状态下生活，而不会出现睡眠紊乱的情况。

They turned out to acquire a gene mutation that deprives the reindeer of the circadian clocks so that they can live without sleeping disorder through long nights and long days.

用“人话”告诉你，要想没日没夜不睡觉还不精神紊乱，你得跟驯鹿宝宝一样，基因突变！所以，还是正常作息吧。

不过，如果你正在经历睡眠紊乱或无法调节生物钟，这项研究或许会让你看到曙光。

这些发现启发研究人员研制药物，用来治愈睡眠紊乱，帮助宇航员在太空飞行中调节生物钟。

It may inspire scientists to design a drug to cure sleeping diseases or help astronauts adjust their biological clocks during space travel.

此外，研究人员还表示，这些新发现的与昼夜节律失常相关的基因还可以为治疗季节性情感障碍、失眠和抑郁症提供方案。

……the newly identified genes related to circadian arrhythmicity could inform approaches to treat seasonal affective disorders, insomnia and depression.

从鹿角中破译“抗癌密码”

驯鹿宝宝们在极端环境中仍然能够茁壮成长，尤其是一对美丽的犄角，幅宽甚至可达1.8米，而且每年更换一次，旧的刚刚脱落，新的就开始生长。

研究人员发现，驯鹿不容易得癌症，这一秘密其实就蕴含在可再生的鹿角上。

这项研究汇集221个牛科和鹿科动物的转录组并进行分析，发现反刍动物的角具有共同的基因、细胞和组织起源。

进一步分析表明，肿瘤发生和神经发生相关的途径可能介导鹿角的快速再生；特别是大量的抑癌基因，如p53通路的基因受到了强烈的自然选择，可能与鹿科动物癌症发生率很低有关。

最引人注目的发现是鹿角组织的再生特性是在打通了独特的癌症相关信号通路，并让肿瘤抑制基因得到高度表达后，得以实现的。

Most striking, however, is the discovery that the regenerative properties of antler tissue are made possible through the unique exploitation of cancer-associated signaling pathways and the high expression of tumor suppressing genes.

研究人员使用基因组图谱，发现鹿角每天可以生长2.5厘米，只有当有骨质角的反刍动物利用癌症相关的分子通路和高度表达的肿瘤抑制基因，才使得鹿角的生长成为可能。

…the researchers used the genome map and found the growth of antlers -- as much as 2.5 centimeters a day -- was only made possible as those headgear-bearing ruminant animals utilized cancer-linked molecular pathways and highly expressed tumor suppressing genes.

简而言之，鹿角再生能力和鹿的抗癌能力源于同一通路调控。了解这一机制，将会为再生医学和癌症研究带来新的契机。

此外，我们都知道，骨头的生长离不开钙，晒太阳是补钙的好办法。但长期处于极端环境下的驯鹿宝宝，得不到充足的光照，是如何保证鹿角快速生长的？

研究发现，驯鹿控制维生素D代谢的基因在自然选择作用下，有两个关键酶活性远高于其他动物，因此保障了它们在低光照（例如极夜）条件下，仍然能够高效率地进行新陈代谢，促进鹿角的生长。

该研究得出的可能的分子机制，将用于脆骨病的治疗。

This can be a potential molecular mechanism used to treat brittle-bone disease, according to the study.

人类活动影响反刍动物的生存

这项研究也揭示了一个令人悲伤的结论：人类活动对反刍动物的生存状态产生了消极的影响。

近10万年前，人类走出非洲后，反刍动物的物种数量明显下降，这显示了早期人类活动对反刍动物种类的影响。

人口统计历史数据表明，在10万年前到5万年前这段时期，大多数反刍动物都发生了大规模种群衰退事件，而这在时间上和空间上与不同大陆上人类活动的增加同时发生。

Investigations of demographic history revealed massive population decline events that occurred in most ruminant species, starting from ~100,000 to 50,000 years ago, which was temporally and spatially concurrent with the increased human activities on different continents during this period.