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专家讲述:孩子爱母亲的化学根源

来源:科学画报   饶毅   2016-02-22
导读:父母和子女间的关系,哪些是精神的、哪些是物质的?精神的物质基础是什么?自然科学对这些貌似简单的问题的理解并不多。曾经有一篇发表于英国《自然》杂志的文章,发现了子女之所以爱母亲的“化学原因”。法国科学家肖尔、库劳德、朗格卢瓦和其他同事共同主持了这项研究,他们找到了一种由母亲乳腺分泌的挥发性小分子,它能够引导婴儿找到母乳。

这种小分子属于外激素。所以,在我们理解这个使婴儿爱母亲的分子基础之前,不妨先了解一点有关外激素的背景知识。

关于外激素

动物个体可以向外界分泌外激素,同种属的其他动物可以感受这种外激素。很多生物——从单细胞生物一直到哺乳动物——都能分泌外激素,不过,人类是否可以分泌外激素,以及外激素对人类的重要性至今还没有定论。

外激素可以承载动物的社会信息和性状态信息,动物可以通过外激素告诉其他动物自己的行为和内分泌状态。外激素信号作用于其他动物后,通常有2类反应:一种是感受动物立刻的“释放”反应,比如打架或者交配;另一种有比较长久的效果,比如造成感受动物的生理和内分泌激素水平发生改变。

有些动物把外激素释放到自己的地盘上,告诉其他动物这是自己的领地,闲人莫入,比如,雄老鼠尿里就含有外激素,它会把尿液撒遍自己的“国土”,告诫其他雄鼠不要进来,而欢迎雌鼠光临。

有些动物用外激素告诉别人,我的“官大”(地位高),你不要和我抢吃的或者抢异性。有些雄虾尿里含有外激素,2只雄虾相斗,谁撒出的外激素多,谁的社会地位就高。以后,每当赢家碰到输家就可以昂首挺胸地走过去,输家只能给它让道。雄性亚洲大象幼年时发出的外激素味道是甜甜的,这是在告诉其他成年雄象:“我还小,不会和你们竞争。”成年雄性大象分泌的外激素则完全不同,它告诉其他大象:“我成年了,要和别的雄象分开了,欢迎雌象来找我。”

许多雌性动物还可以用外激素表达自己正处于特别适合受孕的状态。研究者发现了反映母狗适合受孕的信息的外激素后,把它涂到一只没有处于发情期的狗身上,其他公狗就会被误导而兴趣盎然,不管这只涂了外激素的狗是母狗还是公狗。

外激素的特点

外激素的化学和分子特性多种多样。它最大的特点是,外激素分子的作用效果都非常强,只要很少一点点,就可以被其他动物所感知。一只母飞蛾所含的吸引雄性的外激素,如果一次全部分泌出来,足够吸引约10亿只公飞蛾。

不同的动物,感受外激素的部位也是不一样的。对哺乳动物而言,它们感受外激素的部位是鼻子里面的一个结构,但是和通常的嗅觉感受部位不同。嗅觉感受细胞分布在鼻腔内的大部分黏膜之上,外激素感受细胞则分布在鼻中膈上的一小块特定黏膜之上。嗅觉和外激素感受的信号分别由2套独立的神经通路一级一级传送到大脑,并且可以选择性地先天或者通过实验手段,导致其中一个感觉失灵而保留另外一个感觉。 

有些参与老鼠感觉外激素的分子已经被科学家找到。用基因剔除的方法,可以去除老鼠体内某个参与外激素感觉的分子。结果发现,失去外激素感觉的雄鼠,不识雌雄,不管碰到雌鼠还是雄鼠,都试图交配。而正常的雄鼠碰到同性会打架,碰到雌性才会试图交配。所以老鼠分辨雌雄靠的是外激素,而不是一般嗅觉,也不是靠看异性(视觉)或抚摸异性(触觉)。

寻找外激素分子,除了可以用来逗弄动物以外,还有很多方面的意义。比如,拿到昆虫的外激素就可以通过外激素控制它们。实际上,人们对昆虫外激素的了解要多于其他动物,对哺乳动物外激素分子的研究目前只在老鼠身上有所进展。总的来说,目前我们对外激素分子水平上的了解还不多,需要进一步研究。

法国科学家肖尔、库劳德、朗格卢瓦发现了子女之所以爱母亲的“化学原因”的研究,是神经生物学家和化学家合作研究兔子外激素的结果。

之所以选择兔子,因为兔子有一个特点:兔妈妈生产以后,最初2周每天只给兔宝宝4~5分钟的吃奶时间。

如此,兔宝宝必须迅速找到乳头,而且要和同窝的其他兄弟姐妹竞争,对于它们来说,吃不到奶是性命攸关的大事。

于是,兔子进化出了对妈妈的敏感性,如果兔妈妈在,兔宝宝3~5秒内就能找到乳头。

研究者在一系列实验后得知,兔宝宝对兔妈妈乳液里含有的外激素敏感——而不是抚摸、拥抱、亲吻等。所以,孩子爱母亲,首先一条就是因为这个外激素,至少在许多动物身上是这样。


母乳外激素的分子本质

母乳外激素的分子本质是什么呢?

法国科学家设计了一个非常精巧的实验,来找兔乳中的外激素。他们利用气相色谱仪可以分离不同分子,并且能分析分子化学性质的特点,在气相色谱仪上加装了出气口,然后把兔宝宝放在出气口旁边。

乳液的挥发性分子被分离时,一边被气相色谱仪进行化学分析,一边被兔宝宝进行“行为分析”。

如果有吸引力的外激素通过这个出气口,兔宝宝就会很快转头,把嘴凑到出气口上去,科学家就知道是母乳外激素通过了出气口,再和化学分析结果一对比,就知道哪些化学成分可能是外激素了。

初步筛选后发现21种分子可能有活性,再把它们分别涂在玻璃棒上,让兔宝宝检验,发现只有一种名为“2MB2”的挥发性分子,符合所有母乳外激素的条件。它的活性很高,只需要很少的量就可以诱导兔宝宝。

原本兔乳在室温下存放1小时后,就丧失对兔宝宝的吸引力了。现在发现,在室温下存放1小时后,兔乳中的2MB2分子会挥发光,如果把它重新加到“失效”的兔乳中,兔乳又恢复了吸引力。兔宝宝受2MB2分子吸引是天生的,不需要学习。2MB2分子是兔妈妈自身合成的,不是从食物里吃来的。这么看来,兔子很有原则,不是“有奶便是娘”,而是“有母乳外激素便是娘”。

人类有外激素吗

母乳外激素有一定程度的种属特异性。2MB2分子只对一些相近种属的兔子有作用,对关系远的兔子种属和其他动物如老鼠则不起作用。反之,老鼠、羊、牛、人也不产2MB2分子——不然要乱套了。当然,如果能找到不同动物的母乳外激素,加到其他动物的奶水中去,是有可能人工“乱点母子谱”的。

目前不知道人类有没有母乳外激素。如果要问做这项研究的法国科学家,他们可能不会排除人类有母乳外激素的可能,他们的一些研究结果显示人类婴儿可能对母亲有外激素那样的反应,不过这些结果没有得到确切证明。

其实,不仅是母乳外激素,对于人类有没有其他外激素的问题,目前仍有争议。有人发现过女性间会互相影响月经周期;也看到在主观不知道自己“闻”到任何气味的情况下,人脑特定结构对从异性身体取得的分泌物好像有特异反应。但是,认为人类没有外激素感受的科学家指出,哺乳动物鼻腔内感受外激素的结构在人类身上退化了,一些编码和感受有关分子的基因在人类基因组被突变灭活。还有人提出,外激素信号及其感受在人类身上被有颜色的视觉(色觉)替代了。要是这样的话,孔圣人紧密联系“色”和“性”可真是有“卓识远见” 。

我说2MB2分子母乳外激素是孩子爱母亲的化学分子基础“之一”,不是因为我还知道“之二”。只是因为我认为,不能排除孩子爱母亲还有其他的化学分子基础。现在我们知道的只是兔宝宝为什么爱母亲,或者说是兔妈妈怎么使孩子爱她。至于人类有没有母乳外激素,有没有其他外激素,如上所述,还没有定论。如果有看过这篇短文的青年或者儿童以后长大了能解决这个问题,那倒很有趣。如果拿到了人类母乳外激素分子,或者得到了影响人类其他行为的外激素,它们的用处也许会让一般人浮想联翩。


官微 化学加 2016-2-21同时发出

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