海獭颠覆了我们对新陈代谢的理解

对于海獭来说，保持温暖并非易事。

海獭大部分时间都待在水中，水从身体中吸走热量的速度比空气快 23 倍。它们栖息在北太平洋，水温在零到 15 摄氏度（华氏 32 到 59 度）之间，非常寒冷。海獭也是体型最小的海洋哺乳动物，这意味着它们相对于体型有更大的表面积来散热，而且它们没有比体型更大的海獭更绝缘的鲸脂。

“这些家伙的确拥有地球上所有动物中最浓密的皮毛，但这还不足以让它们保暖，”得克萨斯州农工大学生理学家特拉弗·赖特 (Traver Wright) 说道。“因此，它们的新陈代谢非常旺盛，人们认为这是产生热量和保暖的原因。”

他和同事们想知道这些动物如何保持比体型相似的哺乳动物高出三倍的静息代谢率。当他们检查野生和圈养水獭的组织样本时，科学家们发现骨骼肌的热量泄漏可以解释这种惊人的能力。

赖特于 7 月 8 日在《科学》杂志上发表了这一研究成果，他说：“这些家伙的新陈代谢实际上是为低效而生的。肌肉即使在没有进行身体活动时也能燃烧大量能量。”

骨骼肌是最常见的肌肉，负责自主运动，是人体代谢最活跃的组织之一。骨骼肌占大多数哺乳动物体重的 40% 至 50%，是人体最大的组织。肌肉在运动或颤抖时收缩会产生热量。然而，它们也可以通过一种称为非颤抖性产热的过程散发热量，赖特和他的团队怀疑这对海獭至关重要。

研究人员专注于研究肌肉细胞如何产生能量。通常，碳水化合物在细胞中分解形成一种叫做丙酮酸的化学物质。丙酮酸进入细胞的能量产生机制，即线粒体，进一步代谢。这个过程释放的能量用于将质子或带正电的粒子泵过线粒体膜。这种所谓的质子梯度促进了二磷酸腺苷 (ADP) 转化为储能分子三磷酸腺苷 (ATP)。

赖特说：“ATP 可以用来为细胞提供能量，在这个例子中，是在肌肉细胞中，为收缩提供能量，以及维持细胞正常日常能量消耗。”

然而，有时将 ADP 转化为 ATP 的带电粒子流会中断。

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“本质上，内膜上戳的小孔可以让那些质子流回……线粒体的中心，”赖特说。

这意味着细胞必须更加努力才能产生相同数量的 ATP，燃烧能量并产生热量，这些热量会散失而不是被利用。赖特和他的团队想了解海獭的代谢泄漏能力，这个术语指的是海獭的肌肉以这种方式可以“损失”多少能量。

科学家从 21 只年龄从新生儿到成年的水獭身上采集了小块肌肉样本，并清除了细胞中可能燃烧产生能量的剩余脂肪或糖分，以及任何残留的 ADP。

研究人员随后将组织样本放入密封室，给它们喂食丙酮酸，并测量细胞代谢这种化学物质所消耗的氧气量。由于细胞无法制造 ATP，它们所做的任何工作都是为了保持质子泵的运转。细胞工作越努力，它们的“泄漏”就越严重。

最后，研究人员为细胞提供了 ADP。这让他们能够检查细胞在正常条件下如何运作。

研究人员发现，“泄漏”的能量生成占细胞代谢能力的 41%。水獭的泄漏能力大约是其他哺乳动物（包括阿拉斯加哈士奇犬、人类、马、象海豹和老鼠）的 2 到 7 倍。

赖特提醒说，科学家们只能找到少数物种的数据，因此尚不清楚这些其他哺乳动物的代表性如何。然而，他和他的同事还注意到，新生水獭和圈养水獭的代谢泄漏能力与成年水獭和野生水獭相似。这表明，它们异常高的新陈代谢率背后的驱动力是保暖，而不是游泳、觅食或其他活动。

利用这种热量来温暖身体需要耗费大量能量。海獭每天要花一半的时间进食。在一天中，它们可以消耗掉相当于其体重四分之一的食物。

“重要的是要认识到，仅仅因为存在泄漏能力并不意味着它总是全速运转，”赖特说。不过，他说，“这凸显了骨骼肌的重要性，不仅仅是我们通常认为的让我们活动的能力，它对于调节整个身体的新陈代谢也非常重要。”

他补充说，尽管人类的肌肉不像水獭那样能“泄漏”那么多的热量，但科学家们正在研究是否可以操纵泄漏代谢来调节肥胖。

赖特和他的同事在论文中总结道，这种低效的新陈代谢形式可能是一种关键的适应性，帮助海洋哺乳动物的陆地祖先栖息在世界海洋中。

他说：“这种肌肉组织能够根据水獭的需要进行改变的能力，对于这些动物在我们所认为的极端环境中生存来说似乎至关重要。”