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肝脏的再生能力为何如此奇特 -- Why is the liver so weirdly regenerative?

戴诺迈特(dynomight)说自己很反感不得不当生物有机体,忍受种种糟糕的工程设计。他最近常想:为什么整个身体都这么不中用,唯独肝脏例外?就拿肾脏来说,人一成年,它们就开始缓慢衰退;服用过多维生素D,或者在脱水时吃布洛芬(ibuprofen),都可能造成损伤,严重时留下疤痕,功能永久下降。再比如牙龈,刷牙太用力或不用牙线,牙龈就可能往牙齿下面退缩。

正文

题图

我极厌当生物有机体,受制于种种拙劣工程设计。最近常想:为何全身除肝脏外都如此垃圾?

肾脏成年后缓衰,过量维D或脱水服布洛芬可损,伤后疤痕永久减功。牙龈刷重或不用牙线则萎缩不回。多数身体如此。

但肝脏!受损常无疤愈,年老近全功,捐半肝数月再生。真想找设计肝脏者做全身。

但有理论:多数身体脆弱是好事,部分更脆弱更好。

更年期

人类外几乎无更年期,唯虎鲸、领航鲸、白鲸、伪虎鲸、独角鲸及乌干达一黑猩猩群。

损伤

人断腿不可再生,蝾螈可。为何人不行?

端粒

染色体端粒随分裂缩短,50-70次后细胞停分,衰老时钟。

移植

肾移植后排异,十年内30%拒,需终身免疫抑制。

糖尿病

免疫攻胰腺,停产胰岛素,需控糖,否则眼肾神经心损。

大脑

成年神经元不分裂,死即逝,伤后仅绕行。

细胞垃圾

细胞积垃圾,不分裂细胞(神经元、眼)垃圾升。

血液

血管斑堵,身有抑新血管因子,缺血时慢生小血管。

共同线索:端粒。细菌环状DNA无端粒,真核线性,何故?端粒酶可延长但成年除干细胞等不用。为何?癌症。端粒缩短故意设计,缓癌但身衰。突变细胞步骤:

  1. 细胞突变速殖
  2. 免疫杀则安

有时:

  1. 突变速殖
  2. 暂增后停
  3. 仍快死快生
  4. 再突变破停
  5. 渐获突变长大
  6. 但!
  7. 端粒耗尽停殖
  8. 突变细胞完败

有时端粒酶重开则无限殖。端粒磨损缓癌亦致衰,进化认好。

不能再生腿因需“速生钮”近癌。肾脆弱同理,更修则肾癌多。肝何再生?答1:肝接肠道下游,毒浓,解毒自损,必须再生付癌税。答2:皮肠表层更新,皮肠癌常见。神经元心肌不殖,心癌罕,脑癌非神经元。

器官再生与癌风险权衡示意图

初看故事:进化对环境器官付癌税,隐蔽器官付脆税。

理论

  • 更多再生意味着更多癌风险。
  • 进化调环境器官高再生高癌,反之低。

然不简单:结构化器官(神经元电路、心脏)再生不可能或不支。

修订理论

  • 更多再生意味着更多癌风险。
  • 进化调环境器官高再生高癌,反之低。
  • 但高度结构化器官再生或非选项。

肺的再生与癌风险数据

肺最糟:低再生高癌。因气体扩散慢需分形表积百平米于5升,难再生,且迎空气毒病原。

修订理论 v2

  • 更多再生意味着更多癌风险。
  • 进化调环境器官高再生高癌,反之低。
  • 但高度结构化器官再生或非选项。
  • 且高度结构化器官若迎环境,癌风险仍高。

胰腺数据

胰腺低再生中癌,不迎外界却癌,原因不明,怪。

修订理论 v3

  • 更多再生意味着更多癌风险。
  • 进化调环境器官高再生高癌,反之低。
  • 但高度结构化器官再生或非选项。
  • 且高度结构化器官若迎环境,癌风险仍高。
  • 且胰腺怪。

小肠数据

小肠迎环境,表面细胞几天换,却罕癌。因干细胞在绒毛谷产过渡放大细胞,分4-6次移至表,数天脱入消化流。故突变无关,皆赴死。

小肠绒毛结构

另:表面细胞微损即自杀,免疫紧,解毒酶。小肠低癌因高再生。但耗能:日脱400亿细胞,周1/3kg,耗20%能如脑。进化不想处处如此。三方权衡:再生、癌、能。

能量使用权衡图

结肠似小肠无绒毛,需平取水,菌多,癌常见。皮肤若有绒毛成毛。

修订理论 v4 final

  • 更多再生意味着更多癌风险。
  • 进化调环境器官高再生高癌,反之低。
  • 但高度结构化器官再生或非选项。
  • 且高度结构化器官若迎环境,癌风险仍高。
  • 且胰腺怪。
  • 实则三方权衡再生癌能,可用否依器官职。

癌症脆弱权衡非全解,但解部分。

回现代:

损伤

皮肤愈路被皮癌劫,骨髓恢复被白病用,现代少伤,最好少修。

大脑

脑伤仍常见,当前权衡或宜。

端粒

现代寿长癌长,权衡或宜。

肝脏

曾以为现代毒少肝过规,但肝衰仍常见(代谢酒肝炎),不明。

更年期

祖母假说,但多社会动物无,现代成本不明。

细胞垃圾/糖尿病/移植

基本无关。

癌坏,进化妥协,若无癌身更再生。预防代价永存基因。

评论

多数读者为演化设计辩护,认为人体修复能力与繁殖权衡已足够精妙,进化目标在于基因而非个体完美;少数人修正文章科学细节或赞赏其人文气息。

认为皮肤与伤口愈合是演化优异的妥协

  • 有读者强烈反对作者称人类过度依赖修复皮肤与血液的观点,指出伤口愈合使手术与意外存活成为可能,缺失将导致坏死与感染等严重后果(认可度:较多人)
  • 皮肤的愈合能力如此惊人,许多伤口只需清洁,身体便能凝血重建恢复功能(@cityofdelusion)

认为进化服务于基因而非个体舒适

  • 读者提醒进化做“正确”选择是对基因而言,并非为人类个体着想,这解释了诸多看似缺陷的设计(认可度:较多人)
  • 进化可以为基因做对的事,但不一定为我们(@card_zero)

为大脑神经元不更新等“缺陷”辩护

  • 读者认为作为会思考的肉身,大脑不能替换神经元虽技术正确,但暗示存在更好选项很荒谬,呼吁普及神经科学(认可度:较多人)
  • 我们是会思考的肉类,这远不算糟糕(@bbor)

从繁殖与社会性解释演化怪象

  • 观点认为许多人体特性因不妨碍繁殖(如最终身体故障不影响传代,或耐毒力关乎存活至生育)或源于社会结构(如更年期祖母帮带娃)而保留(认可度:较多人)
  • 更年期合理是因祖母协助女儿养育后代能留下更多子孙(@joshmarinacci)

指出原文科学表述不严谨

  • 有人补充心脏癌缺失比作者想象复杂,另有人纠正胰腺免疫攻击多为青年病,衰老相关糖尿病多非自身免疫(认可度:少数人)
  • 免疫攻击胰腺通常是青年疾病,而绝大多数与衰老相关的糖尿病并非自身免疫引起(@epcoa)

赞赏文章人文气息

  • 个别读者感谢作者以幽默诗意写科学,称久违人性化的网络文章(认可度:少数人)
  • 感谢你让我读到一篇由人类写就、含幽默与诗意的科学文(@Noe2097)

有价值的补充

  • 神话中普罗米修斯肝脏被啄食后夜复再生,类比人体肝脏强大再生力(@vconnor)
  • 反问若身体不修复一切是怪事,那为何其他事物不都具备修复力,翻转问题视角(@thisisauserid)
  • 有读者想见无维护活80年的机器人,凸显生物自我维持之罕见(@schnuri)