痒觉的进化:有了能挠痒的手脚,痒才有意义-资讯-知识分子

痒觉的进化:有了能挠痒的手脚,痒才有意义

2019/07/26
导读
只有抓挠成为可能时,痒的感觉才出现。

猫奴狗奴都知道,每当挠它们的胳肢窝,它们就会忽然安静下来,四脚朝天,非常享受。抖音上还有人在鸡、豚鼠甚至蜥蜴身上试过。

痒到底是一种什么感觉?是触觉,还是痛觉?

痒造就了王菲的名曲,也让左拉和曾国藩难受了一辈子,那么,地球上的动物是从什么时候进化出痒的感觉来的?

触,痛,痒,傻傻分不清楚?

凡动物都有触觉。这种与外界物质的直接接触一般是非伤害性的刺激,但动物光有触觉还不够,还需要有感知伤害性刺激的能力。例如刺、掐、拧、扯、高温、低温、强酸、强碱、电击等。


之所以动物需要这种能力,是因为比起植物来,动物更经受不起身体的伤害。植物的构造相对简单,身体也没有固定的形状,失去一根树枝,甚至拦腰折断,都不会危及植物的生命。而动物的身体构造复杂,身体伤害会造成大量体液外流,危及生命。


如果动物对伤害没有感觉,也不会从伤害中学习,在以后的生活中就不会主动避免同样的伤害。那还不是等死或找死吗。


为了让动物感觉并且记住伤害,这种感觉必须足够强烈,难以忍受,这就是动物的痛觉。痛觉使动物做出激烈的反应,迅速离开伤害源。


除了痛觉,动物还需要感知对身体比较轻微的、潜在有害的刺激。例如蚊虫叮咬、蚂蚁爬过、真菌感染(例如各种癣)、植物的毒液等,这些伤害不至于致命,但是也可能对身体造成一定程度的局部损害,所以也不能置之不理。这种只是提醒身体有不良刺激存在,不需要身体做出激烈的反应的感觉就是痒。动物对痒的反应不是逃离刺激源,而是伸向刺激源,这就是抓挠。


因此痛和痒都是对身体有潜在伤害的刺激的感觉,但是彼此之间又有明显的区别。


痛和痒都是对动物不愉快的刺激,难以用语言描述,我们还无法用仪器来测定动物是否感到痛或者痒,以及痛、痒的程度如何。所以在科学上,目前还只能用动物的反应方式来间接地定义这两种感觉:痛是使动物产生逃避反应的不愉快刺激,而痒则是使动物产生抓挠行为的不愉快刺激。


好下面来硬知识了,痛和痒给我们体验不同,其形成的微观机制也是不同的。痒并不是“微痛”,或者疼痛的弱化版。


感受疼痛的微观结构是细胞膜上的 TRP 离子通道。TRP 离子通道通道最先是从果蝇的一个突变体上发现的。人类有六种,从TRPV1到 TRPV6。


引起痛觉的原因相对来说比较简单,即主要是机械性的创伤、极端温度和化学伤害。但是能够引起痒的因素却要多得多,例如蚊虫叮咬可以引起痒,和一些植物接触也会感到痒。蚂蚁爬过可以引起痒,用细纤维挠鼻孔也可以引起痒。皮肤感染(例如各种癣)可以引起痒,皮肤病变(例如湿疹、荨麻疹、牛皮癣、皮肤干燥)也可以引起痒。伤口愈合时会感到痒、胆道阻塞也会造成痒。治疗疟疾的氯喹会引起痒,镇痛的吗啡也会引起痒。淋巴瘤可以引起痒,黑色素瘤也可以引起痒。


这些都是产生痒的外因,动物的身体内还必须有可以感受这些刺激的内部结构,才能产生痒,也就是必须要有受体。


现在对各种致痒因素和感受它们的受体的研究还远不完全,所以痒仍然有些神秘。


不过就目前的研究而言,G 蛋白偶联受体类是产生痒的重要结构,这是一个种类繁多的家族,包括Mrgpr、H1R、GPBAR、PAR等等。当然,还需要 TRP 离子通道的帮助,才能让神经细胞发出痒的信号。


痒觉的历程:有了能挠痒的手脚,痒才有意义啊

痛觉的功能比较好理解,那是为了使动物及时逃离和以后避免身体伤害,而痒觉的功能就比较难理解。 


许多慢性瘙痒症患者所感受到的痒对身体并没有任何好处,反而会严重影响生活质量。演化过程为什么要发展出这样的机制?为什么动物要发展出那么多种受体来把各种刺激转化成为痒的感觉?


如果我们检查一下引起痒的主要物质和它们的受体出现的时间,也许能够给我们一些线索。


组胺是一种能够引起人瘙痒的物质,但组胺在线虫身上却不存在。


线虫体内既不合成组胺,从外部给线虫组胺刺激,它也没有任何反应。而且线虫也没有感受其他致痒物质的受体(Mrgpr,会对一些植物的分泌物产生痒感反应)造成的痒感。


所以,很有可能线虫是不会痒的,但是线虫已经有触觉和痛觉,也许这两种感觉可以代替痒的功能。


而昆虫,例如果蝇、 蝗虫、蟑螂、蟋蟀、蜜蜂、苍蝇,身体里面已经有组胺,而且在中枢神经系统里面有组胺的受体,但是与脊椎动物用的受体H1R不同,这些受体和昆虫的感觉神经纤维没有关系。昆虫也没有 Mrgpr 类型的受体,说明昆虫很可能也没有痒的感觉。所以那种用头发挑逗蟋蟀,让它们发怒,其实并不是因为蟋蟀太痒了。


在脊椎动物中,硬骨鱼类,例如斑马鱼还没有 Mrgpr 类受体。即使是和四足动物更接近的肺鱼也没有。在目前为止,也没有鱼类感觉神经纤维有组胺受体的报道。很可能鱼类也是没有痒的感觉的。为什么鱼类没有痒感呢,大概水生环境中,要分清水流刺激、碰触、痒、疼痛等这些感觉,对于鱼类这种脑还非常初级的动物来说,实在太奢侈了。


直到四足动物,才出现Mrgpr 类型的受体,Mrgpr 最初出现在蛙类动物中。从两栖类动物开始,动物从水中生活转移到陆上生活。陆上的生活环境和水中有很大的差别,动物也面临一些新的问题,例如寄生虫的侵袭和有些植物的刺激等。在这种情况下,简单的触觉和痛觉已经不够,而需要更加精细的感觉来区分无害的触觉和有害但不致命的感觉,例如蚊虫叮咬和与刺激性的植物接触。


对于无害的触觉,身体只是获得外部世界的信息而无须做出反应,而对于能够引起身体不适的触觉,身体的反应就是除掉这些刺激源,例如寄虫和引起不适的植物。这种与良性接触不同的感觉就是痒,而身体的反应就是抓挠。


昆虫爬过皮肤的感觉是与脊椎动物主动接触外部物体不同的,动物也把这种触觉感觉为痒。如果昆虫已经造成局部伤害,如叮咬,受伤的部分会分泌组胺,造成痒的感觉,提醒动物用抓挠的办法去除掉这些昆虫。对于有刺激性的植物,如刺毛黧豆,最好的办法就是脱离接触,抓挠也是除去或者减少这些接触的方法,这些接触刺激性物质造成的痒感则通过 Mrgpr 类受体来实现。


所以四足动物发展出痒感,是动物从水生环境到陆生环境转变的结果。


鱼类没有痒感,只有四足动物才有痒感,还有一个重要的原因,就是四足动物有四肢,所以可以抓挠身体的各个部分,而这是没有四肢的鱼类做不到的。在鱼类身上发展出痒的感觉不仅没有用处,还会干扰鱼的正常生活(想象一下手被捆住的人脸上发痒的情形)。


只有抓挠成为可能时,痒的感觉才出现。


昆虫虽然也能用肢脚梳理身体,但是昆虫还没有发展出感觉组胺的 GPCR 型受体,也没有 Mrgpr 类型的受体,它们的神经系统可能也不具备分辨良性触觉和痒的能力。


植物的刺激性和毒性是植物对抗动物吞食的方法,不同的动物能够接触到的有刺激性的植物种类也不同。每种动物都有自己特有的寄生虫,而寄生虫和动物是共同演化的。由于这些原因,动物所拥有的 Mrgpr 型受体在种类上和数量上都差别很大。不同动物之间 Mrgpr 受体的氨基酸序列的相似性一般只有 50% 左右


例如人只有10种 Mrgpr 类型的受体,而小鼠有 24 个,为什么小鼠感受痒的受体种类这么多呢,也许是小鼠的生活环境比人类要复杂,反正人是不会往下水道、臭水沟那里钻的。


同时,痒感的受体也不是一成不变的,如今的人类跟500万年前的人类,在受体方面就已经有了不同,毕竟那个时期人类茹毛饮血、露天席地,随时受到各种动植物骚扰,而今天我们把自己和自然隔离起来,很多受体就没了作用。


所以,人类有 8 个 Mrgpr 型基因,已经失去了功能,成了伪基因,小鼠的 Mrgpr 伪基因则多达 26 个,说明随着环境变化,有些 Mrgpr 基因由于不再需要而被淘汰了。


感觉痒刺激机制的出现也带来一个副作用,就是其他的生理和病理过程也能够触发感觉痒的系统,造成对动物没有好处的痒感觉,例如人类的湿疹。这已经不是动物发展出这些机制最初的目的,但是由于生物系统的复杂性,这样的副作用难以完全通过演化过程来消除。特别是在身体自身已经不能够纠正的病理情况下,这些副作用就更难以避免。


疼痛也是一样,疼痛本来是提醒动物逃离伤害源,但是癌症侵袭正常组织时造成的组织破坏同样会引起痛觉。

 

现在对于痒的研究还处于初期阶段,还有大量的问题没有答案。痒仍然是神秘的,不止是我们身体感受到的痒,还有精神中感受到的那种难以名状的感觉,七年之痒、理想之痒……

本文经授权摘编自《生命通史》,标题为编者所加。


《生命通史》

北京大学出版社



文章封图片来源:pixabay.com

动图来源:tenor.com

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