原標(biāo)題:你的細(xì)胞年齡多大了? 怎樣才能測出細(xì)胞的年齡?
演藝明星的年齡是商業(yè)機(jī)密,而人體細(xì)胞的年齡卻是科學(xué)里的機(jī)密。
但是你知道嗎?你身體里的細(xì)胞并不都是和你一起出生的。
血液里的中性白細(xì)胞可能是昨天才出生的;舌頭的味蕾細(xì)胞大約是十天以前出生的;肝細(xì)胞的出生在一年前;而肚皮下的脂肪細(xì)胞但卻已經(jīng)和你一起生活了多年,也難怪大家經(jīng)常抱怨減肥太難。
多年以來,科學(xué)家認(rèn)為身體中皮膚,血液,粘膜上的細(xì)胞是不斷更新的,而大腦皮層的神經(jīng)細(xì)胞卻不更新,從你生下來后就一直跟著你。
這就像一所大學(xué)中,學(xué)生們 (皮膚細(xì)胞) 一茬一茬永遠(yuǎn)年輕,而教授(神經(jīng)細(xì)胞)卻在一年年變老。
怎樣才能測出細(xì)胞的年齡?
為了探究細(xì)胞的年齡,科學(xué)家像偵探明星年齡的狗仔隊(duì)一樣,追蹤各種細(xì)胞,從它們生下來一直追蹤到死。
“追蹤”,用的最簡單的方法就是把細(xì)胞染上顏色,觀察有顏色的細(xì)胞能活多少天。
你可以做個小實(shí)驗(yàn):用紫藥水或染頭發(fā)的染料在手臂皮膚上涂一點(diǎn)。由于皮膚表層是死的皮膚細(xì)胞堆積成的,一染上就退不了色了,過幾天觀察,就會發(fā)現(xiàn)顏色會越來越淡,最后完全消失。
這是因?yàn)槠つw表面的細(xì)胞不斷地脫落,由表皮下面的新細(xì)胞不斷補(bǔ)充,染上顏色的老細(xì)胞脫落了,越來越少,皮膚顏色就越來越淡。
用這個方法可以測量一下皮膚的年齡,染色的細(xì)胞脫落一半大約需要十幾天。
從這個意義上講,明星的年齡和你的顏值主要取決于臉上皮膚細(xì)胞的年齡,也就是十幾天左右。
于是,一些保養(yǎng)品就會又腐蝕掉表層的死細(xì)胞的作用,使得下面的新細(xì)胞加速生長,補(bǔ)充表皮,從而讓你顯得年輕些。
利用以上類似的標(biāo)記方法,我們還可以測量年齡更長的細(xì)胞年齡。
我們知道,細(xì)胞內(nèi)的遺傳密碼DNA是在細(xì)胞出生時候合成的,如果讓細(xì)胞用用標(biāo)記物合成DNA,然后測量某細(xì)胞內(nèi)標(biāo)記過的DNA存在了多久,我們就能夠得到這個細(xì)胞的真實(shí)年齡。
雖然這個方法成功地測量了許多細(xì)胞的年齡,卻在測量腦細(xì)胞年齡上碰了釘子。
那就是,我們即使有無害的辦法標(biāo)記胎兒的大腦細(xì)胞,又怎么能等個七八十年,到被觀察者去世了再來觀測當(dāng)年標(biāo)記的DNA呢?
即使有研究者愿意做這個難題,但實(shí)際困難卻太大了,因?yàn)檠芯空咭话愣及静贿^比他們年輕幾十年的被觀察者,會先去世了。
因此,大腦細(xì)胞長壽的說法長期以來只能說說而已,雖有有間接證據(jù)但從來沒有被實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)。
原子彈能測量細(xì)胞年齡?
測量腦細(xì)胞年齡的方法讓科學(xué)家困擾了許久,沒想到的是,卻被一位聰明的瑞典女科學(xué)克麗絲·思寶丁(Kirsty L Spalding) 輕易地解決了。
她的辦法就是利用幾十年前冷戰(zhàn)時代爆炸的原子彈。
大氣中爆炸的原子彈,核反應(yīng)釋放的大量熱中子把空氣中的氮-14變成碳-14
正是因?yàn)樵訌椀谋◣砹颂?14,成就了標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)DNA的理想辦法。
我們的生活中到處需要碳,米飯,饅頭都是碳水化合物,肉里面的脂肪和蛋白質(zhì)也是碳?xì)溲醯幕衔铩?/div>
細(xì)胞的遺傳物質(zhì)DNA,是生命最重要的戰(zhàn)略物質(zhì),因此必須使用最普通的材料,由細(xì)胞能完全自力更生地合成,這些最普通的材料當(dāng)然就是碳,氮,氫,氧了。
地球表面的碳主要是碳——12,碳——13和極少量的碳-14。
所謂碳-12,13,14 是指其原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)量的不同:碳-12含6個質(zhì)子,13是7個,14是8個。碳-14是 來自太空的宇宙射線創(chuàng)造的:在距離地球表面9000-15000米的大氣外層,宇宙射線的能量會把一個中子打入一個氮原子核,后者繼續(xù)蛻變成碳-14。
由于宇宙射線的水平是基本穩(wěn)定的,自然界中的碳14/12比例也是千百萬年來大致不變,大約是萬億分之一,即每一萬億個碳-12原子中就會碰到一個碳-14原子。
實(shí)際上,生物在利用碳的時候是完全分不清的碳12還是碳14 的。
但是到了1945年,人類爆炸了第一顆原子彈,原子彈產(chǎn)生的大量中子在大氣中產(chǎn)生了大量碳14。
這樣每一顆原子彈爆炸后,全球的碳-14/12比例都會上升一下,從1950到1963年美國和蘇聯(lián)在大氣中爆炸了幾百顆原子彈,形成了一個碳-14/12比例的高峰(圖一)。
“炸彈高峰”,由于大氣中核試驗(yàn)制造出大量反射性碳,空氣中的碳14/12比例的逐年變化,在1963年美蘇達(dá)成禁止大氣層核試驗(yàn)的共識后又逐年下降。
在1963年美英蘇協(xié)議共同停止了在大氣中的核實(shí)驗(yàn)。這樣大氣中的碳14/12在1963年達(dá)到 峰,之后比例又開始逐年下降。
這樣,從1950年代到2000年,每年大氣中的碳14/12都不一樣,從1953到1963年比例不斷快速升高,而之后又慢慢下降,形成了一個“炸彈高峰”(the bomb pulse)。
我們吃的糧食是由當(dāng)年大氣中的二氧化碳制造的,同樣每年人體內(nèi)的新出生細(xì)胞是由當(dāng)年的糧食來合成DNA的。
這樣,由于年年空氣中的碳14/12比例不同,當(dāng)年新出生的細(xì)胞DNA中的碳14/12也隨之波動;哪年細(xì)胞中的碳14/12比例與當(dāng)年空氣中的碳14/12比例完全相同。
舉例來說,如果你想測量一位50歲遺體捐獻(xiàn)者神經(jīng)細(xì)胞的年齡,只要先測其中DNA的碳14/12比例,然后到炸彈高峰表里去查一查。
如果發(fā)現(xiàn)其與50年前(1967年)大氣中的碳14/12相同,說明這些細(xì)胞是50年前出生的,與人的年齡一致。
相反,如果測量該捐獻(xiàn)者皮膚細(xì)胞里的DNA,就會發(fā)現(xiàn)其與捐獻(xiàn)者死亡當(dāng)年(2017)空氣中的碳14/12比例一致,這就說明皮膚組織在不斷地更新,而大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞卻是與生俱來的。
細(xì)胞死了,然后呢?
克麗絲·寶丁測量腦細(xì)胞的方法太聰明了,前面提到的先標(biāo)記嬰兒,再等他去世后測量這樣的困難就完全被解決了。
又一次說明,科學(xué)上看來一個似乎不可能回答,可以被一個想法輕而易舉地給出了滿意的答案:人生百歲,大腦皮層中很多種神經(jīng)細(xì)胞也是百歲。
大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞死一個少一個,這不是件很悲觀的事嗎?
但其后的研究發(fā)現(xiàn),腦中有些非常重要的細(xì)胞是不斷再生的。
用同樣的碳14/12 方法,克麗絲寶丁小組發(fā)現(xiàn)人腦中一個重要結(jié)構(gòu)“海馬回”中竟然有很活躍的神經(jīng)細(xì)胞再生。
我們知道海馬回對記憶非常重要,沒有海馬的人記憶只能維持不到15秒鐘,而克麗絲寶丁小組發(fā)現(xiàn)人的海馬每年以1.75%的速度更新,這樣一生中竟有大約三分之一的神經(jīng)細(xì)胞可以更新。
腦中雖然神經(jīng)細(xì)胞長壽,但腦中的膠質(zhì)細(xì)胞是不斷再生的,平均壽命在1-2年左右。
這些膠質(zhì)細(xì)胞維持著腦組織中的生態(tài),供給養(yǎng)料,清除垃圾,修補(bǔ)損傷,當(dāng)有感染或損傷的時候膠質(zhì)細(xì)胞就會活動,做好防御和修補(bǔ)的工作。
所以,照這樣來看,減肥那么難很大程度是因?yàn)橹炯?xì)胞很長壽,成年人脂肪細(xì)胞的數(shù)量是胖瘦的主要因素。
克麗絲寶丁小組發(fā)現(xiàn),不管你現(xiàn)在是減肥還是增肥,體內(nèi)脂肪細(xì)胞的數(shù)量基本不變。因?yàn)轶w內(nèi)脂肪細(xì)胞的數(shù)量是童年和少年時代決定的,而在成年以后每年只有約10%的變化。
這樣,當(dāng)你努力減肥的時候每個脂肪細(xì)胞都瘦一點(diǎn),而一頓猛吃則讓每個脂肪細(xì)胞都胖點(diǎn)。
按這個說法,童年時代吃成小胖墩等于給一輩子埋了一顆健康的定時炸彈,因?yàn)樾难懿,糖尿病和癌癥都與肥胖有很強(qiáng)的相關(guān)性,所以成年時代怎么努力減肥都不如童年時代遠(yuǎn)離可樂和果汁之類的軟飲料。
研究人體細(xì)胞的年齡,除了滿足科學(xué)家的好奇心,也為醫(yī)療健保和藥品開發(fā)帶來很多意想不到的收益。
人類社會和平地發(fā)展,就不開避免地進(jìn)入老齡社會,長壽細(xì)胞是否有壽命的極限,人體快速更新的短壽細(xì)胞的產(chǎn)生能力是否有自己極限,都是未決問題。
可惜所謂“炸彈高峰”到了21世紀(jì)已經(jīng)快變平了,用克麗絲寶丁方法測量“90后”,“00后”體細(xì)胞的年齡已經(jīng)不夠靈敏?茖W(xué)家必須靠發(fā)現(xiàn)新的方法來繼續(xù)這個領(lǐng)域的研究。
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