为什么鲸鱼的神经可以像蹦极绳一样伸展和弯曲?

我们可以利用它们独特的伸展秘密来治疗神经损伤。

神经是极其精密的结构。它们通常不怎么灵活,即使是轻微的过度拉伸也可能导致受伤。同时,身体里有些部位会承受大量的拉伸和张力,而神经正是分布在这些部位。这里有一个极端的例子:当须鲸张开巨口进食时,它们的神经会伸展到静息长度的两倍以上,然后再缩回——并且还能做出极其锐利的“发夹”式转弯——而不会被拉伤或折断。但是,它们是如何做到将如此精密的神经像橡皮筋一样对待的呢?

在最近《Current Biology》杂志上的一篇报道中,研究人员提出了一种可能的解释:鲸鱼的神经细胞呈卷曲状,并由两层不同的波浪形结构包裹。深入了解这一机制的工作原理,或许能帮助研究人员找到治疗神经损伤的新方法。

先前对须鲸神经的研究发现,内外两层结构的组合赋予了它们极强的伸展性。当神经处于未受压迫状态时,内层会像蛇一样盘绕起来,然后在需要时展开。这种展开允许神经在不**真正**拉伸的情况下延长。但 Margo Lillie,不列颠哥伦比亚大学研究生物力学并是这项新研究的首席作者,她注意到神经在伸展和放松时还需要做出超级锐利的“发夹”式转弯。即使是卷曲的神经,也不应该在不遭受损伤的情况下承受这样的转弯。

为了弄清楚这一点,她对须鲸神经进行了微型 CT 扫描。她发现,在内层线圈的外部,存在着可以随着神经来回转动而伸展的柔性组织束——神经束。内层线圈具有大尺度的“波浪形”——就像电话线一样——这提供了惊人的伸展能力。但在更小的尺度上,波浪形的神经束在神经扭曲和转动时,仍然能提供额外的松弛度。这种波浪是贯穿始终的。

“有了这第二层波浪形结构,就为这些急剧的转弯提供了足够的松弛度,”Lillie 说。她说,让她注意到这一点的是神经在转弯时的样子。它们在内侧弯曲处看起来是收缩的,在外侧弯曲处是伸展的,这是一种被称为弯曲应变的机械术语——这有点像一个泳道面条在被强行弯曲时看起来的样子。

这一切对于饥饿的须鲸来说都很好,但这项研究将如何帮助我们人类呢?了解一些动物的神经是如何能够承受极端弯曲的,可以帮助我们找到更好的治疗神经损伤的方法。Lillie 说,当发生神经损伤时,两个受损的神经末梢之间会有一个小缺口。“你想把这两个末梢重新连接起来。”搞清楚鲸鱼神经的构成、工作原理以及进化过程,或许能启发新的方法和材料来重新连接受损的神经。

Lillie 表示,未来她希望找到其他可能也拥有类似机制的动物。她说,牛蛙是一个很好的起点——它的喉咙在扩张时会大幅伸展。她还想研究动脉,看看它们是如何在充满奔涌血液的空腔中心,能够移动和扭摆的。它们是否拥有与神经细胞类似的机制,还是已经进化出完全不同的工作方式?

她说,回答所有这些问题,将有助于她和其他研究人员更好地理解人类神经细胞,以及在出现问题时如何治疗它们。“有时你需要一个非常极端的例子来让某些东西变得显而易见。”

 

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曾任《Popular Science》杂志的科学编辑。她对脑科学、微生物组和人体生理学特别感兴趣。除了《Popular Science》之外,她的作品还发表在《纽约时报》、《科学美国人》以及《Scholastic’s Science World》和《Super Science》杂志等刊物上。她拥有加州大学戴维斯分校神经生物学学士学位,以及纽约大学科学、健康和环境报道项目的科学新闻学硕士学位。


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