骆驼,在北非、东非、阿拉伯半岛和伊朗等干旱半干旱地区是最重要的家畜之一,这种动物为那里数百万的人提供基本的生活必需品。这种超耐旱的动物,被认为在到年前就被阿拉伯人驯服,从那时起它们就被用来驮运重物、用作坐骑、为旅行者提供庇护所并提供奶和肉等食品。
众所周知,骆驼被誉为“沙漠之舟”,是因为它们能够在没有水摄入的条件下存活好几个星期,能够非常好地适应炎热干旱的沙漠环境。很多人也许本能地认为,骆驼背上的驼峰是它们储存水的“水箱”,这些“水箱”中的水让它们度过漫长的缺水日子。
实际并非如此,骆驼的驼峰中储存的并不是水,而是脂肪。虽然这些脂肪会在骆驼的新陈代谢过程中转化为一部分的水,但这些水远远不足以让骆驼撑过几个星期。
骆驼的身体有一套良好的储水系统,首先骆驼的饮水量非常大,一次能喝接近升的水,这些水的重量相当于骆驼本身的三分之一。对于其他动物来说,一次性喝那么多水,会造成血液中的红细胞渗透压紊乱,可能会造成红细胞破裂,导致水中毒甚至威胁生命。但骆驼的红细胞已经适应了这一的极端变化,即使在血液含水量突然升高的情况下,也不会破裂。
当这些水进入骆驼的胃中时,一部分的水会被储存在一个个像气泡一样的水浮里,其他的水还会被吸收流向全身,以各种各样的形式保留在身体内。
当骆驼进入沙漠的炎热高温环境时,骆驼体内的一系列独特的构造还能防止水分散失。首先,骆驼的鼻孔中有无数的蜿蜒而细小的气道,当它们进入高温干燥环境中时,这些气道会分泌出分泌物并结成一层黏膜。当骆驼呼气时,这些黏膜会将气体中的水分凝留,当骆驼吸气时,这些被凝留的水分会被送回肺部,如此形成一个完好的循环水系统。
另外,骆驼很少出汗。对于其他很多动物来说,当周围环境温度上升时,动物会分泌出汗液,通过让这些汗液蒸发来散热。当骆驼有点不一样,当周围环境温度上升时,它们往往会通过提高自身体温来适应环境,只有当周围环境温度上升到40多摄氏度后,骆驼才会少量排汗。
通过上面的内容,我们知道骆驼是通过珍惜体内的每一滴水来适应高温干燥的沙漠环境。但是,骆驼在如此长的时间内不喝水,也极少排汗排尿,它体内的盐分和毒素含量会越来越高,它不会中毒吗?它是如何适应的?
在最近发表于《通讯生物学》(CommunicationsBiology)杂志上的一篇论文中,由由布里斯托大学的科学家们领导的研究,揭示了一头单峰骆驼的肾脏,如何在帮助它应对极端情况方面起着重要的作用,以及肾脏对骆驼脱水和快速补水应激的反应。这些科学家发现,一个独特而强大的的肾脏是产生高浓度尿液和保证水不浪费的关键。
在当前荒漠化和气候变化加剧的背景下,人们对骆驼的适应性重新产生了兴趣。此外,先进的实验室技术允许研究这些适应的潜在遗传机制。然而,此前很长一段时间里,还没有一项关于骆驼肾脏脱水相关基因的全面研究。
该项目诞生于,在布里斯托大学大卫·墨菲教授(DavidMurphy)的实验室和阿联酋大学阿布杜·阿德姆教授(AbduAdem)的实验室之间进行了卓有成效的合作。研究小组分析了骆驼肾脏中数千个基因是如何因脱水和补水而发生变化的,并提出肾脏中胆固醇的含量在水的保存过程中起着一定的作用。
来自布里斯托大学医学院的科学家吉拉德说:“骆驼的肾细胞膜中胆固醇含量的降低,有助于溶质与水在肾不同部位的运动,这是一个需要有效吸收水并产生高度浓缩尿液的过程,从而避免水分流失。”
简单来说就是,骆驼的强大肾脏,能让来自血液中的水析出大量的盐分、毒素或代谢物,这些物质被保留在高浓度的尿液中,这些含水量很少,浓度很高的尿液将会被排出,而大部分的低浓度水将返回身体的血液循环中,可见它们的肾脏是一个强大的过滤器。肾细胞膜中的胆固醇在这个过程中扮演着重要的角色。
“据我们所知,这是胆固醇水平第一次与肾脏的水分保存直接相关。因此,我们描述了这种脂质的一种新作用,这可能在其他沙漠动物中也起着相似的作用。”研究小组还提供了一个巨大的信息来源,正如一位研究人员所提到的,在气候变化的背景下非常有价值,因此将有助于科学家了解脱水过程中水分控制的机制。
在这项研究发表之后,研究小组正在研究骆驼的大脑如何对同样的刺激做出反应,以及其他物种,如跳鼠和橄榄鼠,是否也是以这样的方式适应沙漠中的生活。