【科普视频】星际远航中的生物学｜讲给小朋友和大朋友们的科学
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星际远航中的生物学
我们能怎么休眠自己
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王立铭：浙江大学生命科学研究院教授
尽管最低气温在5℃，浙江大学生命科学研究院的王立铭教授依然决定穿着正装在杭州市学军小学之江校区演讲，他临时决定以一首歌作为新的开场白，那便是大家再熟悉不过的《小星星》，在王立铭教授的带领下，全场响起了熟悉的旋律“Twinkle twinkle little star，how I wonder what you are...”这首歌由英文翻译而来，但是有一句歌词没有翻译过来，那就是“how I wonder what you are...”。歌词大意是说：我们抬头看天上的星星，我们会忍不住去想，你们在哪，你们长什么样。这与今天讲的科学关系特别大。
在王立铭教授和台下孩子差不多大的时候，他最喜欢干的事就是晚上，搬个小凳子坐在院子里看星星。“我经常会一看一两个小时，会想那些星星到底距离我们多远，在哪，长什么样，我什么时候才能过去看看。”虽然王立铭教授无法带着孩子们去宇宙，但是作为一个生物学家，他很想给孩子们讲讲：如果有一天我们真能到宇宙里看看星星长什么样，需要用上什么样的生物学知识。
演讲基本内容
在上世纪六十年代，美国人造了一系列宇宙飞船起名叫“阿波罗号”。“阿波罗11号”飞船带着两个宇航员成功地到达了离我们有38万公里的月球上。这是人类历史上第一次把一个大活人送到地球之外的一个天体上。月球是宇宙中距离地球最近的一颗星星。
但对于火星，它与地球的距离不是恒定的，最近的时候差不多也有5000多万公里，远的时候有几亿公里。因为太远，我们只能送一个像大家玩过的一个遥控汽车一样那么大的小车到火星上去，这是第一个着陆在火星的探测器，就是“探路者号”。
人类花了30年的时间把自己探索宇宙的尺度扩大了差不多100倍，从30多万公里到5000多万公里。然后，又过了差不多20年的时间，人类第一次派了一个机器帮我们看一看冥王星。在2015年，人类派出去的一个冥王星探测器飞掠了冥王星。冥王星距离我们差不多是45亿公里，这个距离又比刚才我说的火星又远了100倍。这次人类不光没有能力送一个活人去冥王星，人类连送一个机器到冥王星上的能力都没有。这个非常小的探测器，从冥王星高空有1万公里的距离快速地飞了过去，在飞过去的一两天内帮我们照了一些冥王星的照片。这是我们人类现在的科学水平。
科幻小说帮助我们在宇宙中走的更远
作为物理学家或者工程师，如果能够造一艘飞行速度跟光速一样的飞船，或者甚至是能够利用宇宙中的黑洞和虫洞来进行一些时空跃迁，那么就可以让人可以看到更大的宇宙。如果作为一个生物学家呢？我想如果有一天能让我们每个人活的时间长一点，能让我们工作的时间长一点，能让我们脑子里的思想活的长一点，那也可以帮我们坐上宇宙飞船去探索更大的宇宙。比如我们可以冬眠、可以长生不老，甚至是意识上传。如果有一天我们发明一个特别厉害的机器。能把我们大脑想的东西读出来，存在电脑里。让这台电脑像机器人一样代替我们去探索宇宙。
01
冬眠
秀丽隐杆线虫是一种特别小、寿命特别短，只能活两个星期的虫子。但如果它进入冬眠状态，便可以不吃不喝活上两年。所以科学家们想到如果套用到人体，人岂不是可以活到两千岁？有一群科学家把虫子体内的两万多个基因一个一个地给破坏掉，去看破坏掉哪个基因后虫子就不会冬眠了。他们发现大概有几十个基因破坏掉它们就不会冬眠了。也就是说虫子之所以会冬眠，就因为它们有二三十个基因。而且这二三十个基因人类大部分也有，只不过我们人没有像虫子冬眠的能力。毕竟我们人是一米多高的生物，这个虫子就1毫米这么大。我们人能够活七八十岁，虫子只能活两个星期，所以虫子和人差的确实是比较多。
后来科学家们发现了一种比虫子更像人的生物--北极地鼠。科学家就抓了一些地鼠，把一个很小的传感器放到它们皮肤下，然后把它们重新放回大自然里面去。科学家就可以在几公里以外通过设备去检测到这些传感器发出的信号。于是发现了几件有趣的事情：当北极正在夏天的时候，北极地鼠的体温40度上下。但当北极地鼠在每年的九月份开始钻到洞里睡觉的时候，它的体温就不再是一条平平的40度的线了，而是逐渐地下降至0度以下。可人类如果这样，血液会凝结成冰，变成冰渣子，扎破血管。所以人在这种情况下是活不下去的。后来发现，北极地鼠的血液里糖的含量特别多，这样血液的冰点回家降低，北极地鼠的血液在零下10度的时候才会结冰。科学家进一步发现，即便是北极地鼠进入冬眠状态以后，它的体温并不是一直是在0度附近，差不多过半个月会有一个渐渐地回升，重新回到40度左右，然后又马上回到0度以下，然后半个月又飞快地回到40度。原来为了保证冬眠是大脑细胞不会死亡，北极地鼠就每过半个月醒过来一会，给身体加热，让自己身体里的细胞可以重新活回来。
还有一种生物更加像人--马达加斯加肥尾倭狐猴。气温降到25度以下，它就开始长达一年半的冬眠，并且也不再自己调节体温。所以这种研究马上让很多科学家非常开心，人冬眠的话，寿命是不是就会多出一些？如果我们一年有半年在睡觉，我们原来可以活150岁，那就可以活两百岁？
但是这些是天生就会冬眠的动物，有没有办法让本来不会冬眠的动物（比如人）学会冬眠呢？
科学家做了一个实验：他们把一只不会冬眠的小白鼠放在微波炉的饭盒里，然后注入一种非常臭的气体（有臭鸡蛋味的硫化氢），后来发现这个小老鼠会在几分钟内进入到一种非常像冬眠的状态。它体温会下降，从30多度下降到20多度，它的呼吸会差不多停止，它的心跳会停止。更重要的是过了几个小时之后，如果科学家把这个硫化氢气体给拿走，这个小老鼠会很快苏醒过来，而且身体没有任何异常。这个研究在告诉我们，确实有可能发明一种合适的药物，有可能让一种天生从来没有冬眠过的动物进入冬眠状态。在这个研究里，这个动物是老鼠。那在下一个研究里，会不会变成人呢？
今天的世界上还没有能让人冬眠的。人类的冬眠还确实仅仅停留在科幻小说里面。
02
长生不老
每个人从出生到衰老、死亡，看起来是一个自然规律，每种生物都有各自的寿命极限，自然界都有一个天生注定的写在基里的年龄。在过去大概七十多年的时间内，科学生物学家陆续发现一个非常有趣的事，就是少吃能活的长。大概70年前，美国的科学家在老鼠的身上发现的。如果老鼠只能吃60%，吃到六成饱，老鼠的寿命就能延长50%，如果对比人就是能从七八十岁活到一百二三十岁。当然我必须得说，我决没有让你们少吃点饭菜的意思，因为对于你们这个年龄来说，摄入足够的营养、能量，对你们健康生活，对你们好好学习是非常重要。大家想想，我们也不可能让宇航员饿着肚子探索宇宙。即便能够活的长，这事也不太明智。那怎么办呢？我们可以这么想一件事，如果生物学家能够有一天搞明白少吃为什么能活的长，那我们也许就能够开发出一种药。让宇航员吃了之后，还可以正常吃饭，还可以吃饱肚子，还可以吃好吃的东西，但是他的身体会以为他少吃了。这个时候他宇航员还可以活的长一点。这样时候我们再探索宇宙，他一定能比我们走得更远一点，看到更大的宇宙。今天的实验室发现了一些事例。
这是一种叫二甲双胍的药物，这种药物除了能治糖尿病，还有一个作用就是让身体觉得好像少吃了（其实你没有少吃）。科学家发现一直吃这种药的病人甚至比正常健康的人活的还长。这就是一个非常有趣的，能够通过药物模拟少吃饭的这么一种效果，能够让人活的更长。
03
意识上传
比如，一个显微镜直接帮我们读取在大脑中究竟发生了什么，大家看到就像放一部电影一样，上面有很多小光点，它们每一个光点发光的时候，意味着我们大脑里的一个细胞，我们大脑里一个小的微型计算机开始工作。我们科学家就用这个办法来看，当一个动物的大脑在做一件事的时候，大脑里究竟发生了什么，大脑究竟在想什么。
举个例子，这个设备正在读取猴子大脑里发生的事，能够模拟一些大脑的功能，让一个计算机芯片来控制猴子的运动。左边是一个在跑步机上散步的猴子，科学家用就这刚才的方法，打开猴子的大脑，看看究竟是什么神经细胞，什么小光点在控制猴子每条腿的运动。世界上有很多病人，他们没法控制他的手脚。如果有一天你能够读取大脑当中控制手臂的一些神经信号，这样就可以用计算机芯片来控制一个人的手脚，使其能够正常走路，这是一种科学家非常想做到的事。
那做到了吗？大家可以看下面一个图像，右边的这个猴子，是一个瘫痪的猴子。但是科学家们通过左边的猴子读取大脑当中的一些会发光的亮点的一些信息，知道这个猴子的脑是怎么控制腿的运动之后，他就把这些信息装在电脑里直接控制右边猴子的运动，他就可以发现，他可以让这个猴子能够动起来。这是真正用一个计算机，来控制腿部的运动，用计算机代替猴子的脑子袋来运动起来。大家可以想像如果有一天这个研究可以应用到人，或许帮助一个盲人看见东西，帮助一个聋哑人听到说话，像人一样帮助我们探索宇宙。
宇宙非常大，宇宙的半径是有460亿光年，相比之下我们人活的太短了，我们人类只能活七八十年。我希望我今天讲的这三个故事，让你们能够意识到也许有一天我们真的可以用生物学的方法，让人活的更长，也能让人走得更远，科学可以带我们最远的远方。
课堂上，
同学们一只只求知的小手举起来，
和王立铭教授共同探讨科学。
1
小小科学家
有一种青蛙能在湿润的地方中把自己身体冰冻住，那人类是不是如果要冬眠的话，也要把自己的身体在一种潮湿地方？
王立铭教授
这是一个很重要的问题，实际上很多人想到冬眠的时候第一反映是为什么不把人冻起来呢？我们人体90%都是水，如果结冰的话，你的血管肯定也会结冰。结冰之后会变成这个小冰渣子，会把这个血管给刺破。其实不光如此，你人体的每个小小的细胞里，主要的成分也是水，水结冰的时候会把细胞给撑破。我们今天至少可以说，有一天如果真的能让人冬眠的话，把他放在一个很冷的地方冻起来肯定是不行，至于说怎么做？今天谁也不知道，科学家们还需要进一步研究。
2
小小科学家
在太空里的由地球带上去的植物会不会冬眠呢？
王立铭教授
这是一个非常好的问题。今天所有讲的冬眠的故事，都是关于动物的，从线虫到老鼠，到人。我为什么没有讲植物呢？因为植物有特别的本领。它变成种子以后，它可以进入到一个非常漫长的，我们叫休眠的一个状态。这不仅仅是冬眠，因为冬眠的时候，一般动物有半年或者一年就已经极限了，但是对于植物来说，进入休眠状态的植物种子来说，它可以在这种状态下生存几万年都不会死亡。今天的人类已经可以成功地唤醒至少有上万年历史的，一些我们的祖先留下的植物种子。对于植物来说，它天生就有一种能在恶劣的环境下进入休眠的状态，不发芽，不开花，不结果的能力，至于说这种能力是怎么回事？今天也有一些科学家研究出来。
3
小小科学家
王老师，就是如果刚刚讲的那些可以长寿，从而可以到达最远星球的办法。如果行不通的话，还有没有其他办法，也可以长寿，去看到更远的星球？
王立铭教授
你的问题非常好。实际上长寿这件事有非常多的人在研究，可能少吃是大家研究的思路之一。实际上人类也有其他方法能够让人能够长寿。有一个特别有趣的研究，科学家发现一件事，就是他把两只老鼠血管连接起来，两只老鼠，一只是年轻的老鼠，一只是年老的老鼠。开始的时候，年轻的老鼠还是活的好好的，同时他发现老年的老鼠居然返老还童了，它的皮毛变得非常有光泽，它的各种疾病也都好了。所以很多人也在猜测，也许这个实验说明一件事，年轻的老鼠的血管里存在一种能让动物返老还童的东西。今天的现实中很多专家都在研究动物体内的血液里到底有没有这种能让其返老还童的物质。
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END
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