为什么鲸鱼的神经能够像蹦极绳一样伸展和转动?

为什么鲸鱼的神经能够像蹦极绳一样伸展和转动?

神经是极其脆弱的结构。它们往往不太灵活,如果拉伸得过分,就会受伤。同时,身体中需要承受大量拉伸和拉伤的部位也需要神经。这里有一个极端的例子:当鲸鱼张开巨大的嘴巴进食时,它的神经会伸展到静止长度的两倍以上,然后再恢复原状——同时做出极其急促的“发夹”状转弯——而不会被拉伤或折断。但是,它们如何能把脆弱的神经当成一束蹦极绳呢?

在《当代生物学》杂志最近的一份报告中,研究人员提出了一种可能的解释:鲸鱼神经细胞盘绕并被两层不同的波纹包裹。更好地了解其工作原理可以帮助研究人员找到治疗神经损伤的新方法。

之前对须鲸神经的研究发现,内层和外层的组合使它们具有极强的伸展性。当神经不受力时,内层会像蛇一样盘绕起来,然后在需要时解开。这种解开使它能够伸长而不会真正伸展。但不列颠哥伦比亚大学的生物学家、研究生物力学的 Margo Lillie 是这项新研究的主要作者,她注意到神经在伸展和放松时也必须做出非常急促的发夹状转弯。即使是盘绕的神经也不可能不受打击地处理这样的转弯。

为了弄清这个问题,她对须鲸神经进行了微型 CT 扫描。在内圈神经的外侧,她发现了柔韧的组织束(即神经束),当神经来回转动时,这些组织束会伸展。内圈神经具有大范围的“波纹”,就像电话线一样,具有令人难以置信的伸展力。但在较小的范围内,波纹状的神经束在神经扭曲和转动时会继续为神经提供松弛。神经束一直都是波纹状的。

“有了第二层波浪,它就为这些急转弯引入了足够的松弛度,”莉莉说。她说,让她有所警觉的是转弯时神经的样子。它们在内弯处看起来是皱巴巴的,在外弯处则被拉伸,这是一个称为弯曲应变的机械术语——类似于泳池浮条被迫转弯时的样子。

这对饥饿的须鲸来说是一件好事,但这项研究将如何帮助我们人类呢?了解某些动物的神经如何承受极端弯曲可以帮助我们找到更好的方法来治疗神经损伤。莉莉说,当神经损伤发生时,两个受损的神经末梢之间会有一点缝隙。“你想把这两个末端重新连接起来。”弄清楚鲸鱼神经是由什么构成的、它们是如何工作的、它们是如何进化的,可以帮助激发重新连接受损神经的新方法和新材料。

莉莉说,未来她想找到其他可能也有类似机制的动物。她说,牛蛙是一个很好的起点——它的大喉咙在扩张时会伸展很多。她还想研究动脉,看看它们是如何移动和转向的,它们的空心中心充满了奔腾的血液。它们有与神经细胞类似的机制吗?还是它们进化出了完全不同的工作方式?

她说,解答所有这些问题将有助于她和其他研究人员更好地了解人类神经细胞,以及当出现问题时如何治疗它们。“有时你需要一个非常夸张的例子才能让事情变得明显。”

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