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以下内容为刘浩哲演讲实录:
我特别喜欢旅游和体育,在我旅行和观看比赛的时候,有一些现象引起了我的好奇。
我发现我们国家许多优秀的马拉松运动员都来自云南、西藏、青海这样的高海拔地区,一些著名的运动员参加大赛之前,也会选择在这些地区进行集训,世界上顶尖的竞赛选手大多数来自非洲高原。
这位就是打破了人类马拉松纪录的基普乔格,他来自位于非洲高原的肯尼亚。1小时59分40秒,42.195千米,听到这几个数字,可能感到十分陌生;但是如果我说他的每千米配速为2分50秒,可能还是很陌生。
这幅图相信很多男生都非常熟悉,这就是北京市体育中考的1000米男子的评分标准,3分37秒为满分,与2分50秒的差距可见一斑。不仅如此,基普乔格还要跑42个2分50秒,这其中的差距显而易见。
为什么会有这样一些现象呢?这些现象背后有什么共同原因吗?难道是不同人种的天赋差异,或者是我们的运动设施没有人家完备?我发现这些现象都与一点有关,就是高海拔地区。
提到高海拔,我们就会想到高原反应、高原病等一系列疾病。这些疾病是如何产生的?缺氧。没错,这就是高原地区显著的特征。
我的疑问就更深了,为什么运动员要到缺氧地区进行训练,缺氧不是会带来很多疾病吗?难道生物体内进化出了适应缺氧的某种机制。
氧气和呼吸是密不可分的,借助有氧呼吸,人体内4万亿个细胞得以维持生存和功能。我们体内一个个圆盘状的红细胞作为氧气的搬运工,活跃在身体的各处,为我们输送必要的氧气。
我做出一个设想:会不会是我们体内有一种感受到缺氧环境的机制,它能够促进红细胞的分泌,从而产生了更多的氧气。
就像这幅图一样,有一种无形的声音在我们身体当中,高举小喇叭大叫道:“2019年所有法定节假日都结束了,赶紧起来上班”,叫醒了所有沉睡的红细胞,促使它们履行自己的工作职责。
说到这儿,我不由得提出一个疑问,这样的生理过程,数十年来没有一个生物学家发现吗?我马上查阅各种资料,发现生物学家其实早就对这些问题有所关注了。
他们发现这其中的幕后黑手是一种叫促红细胞生成素的物质,EPO是它的简称。从它的名字就可以看出,它是一种激素,蛋白质家族的一员,来源于肝脏和肾脏,基本功能就是促进我们的脊髓产生更多的红细胞。
由于红细胞是一种能为我们运输氧气的搬运工,所以,它是否与我们刚才所说的高原缺氧环境有关呢?是不是由于高原缺氧环境导致我们的肾脏分泌更多的EPO,而更多EPO的出现,又会刺激我们的骨髓产生更多的红细胞。红细胞从数量上占据压倒性优势,最终弥补了空气中氧含量的不足。
了解了这样的科学原理,我们就可以解释,为什么来自东非高原的优秀选手们能够跑出优秀的成绩,而且来自这些地区的运动员们,往往统治着从中距离到马拉松几乎所有项目了。
另外,强大的EPO还可能作为一种兴奋剂在竞技运动中被滥用。
说到这儿,问题又来了,到底是谁感受到了这种缺氧,谁调节了肾脏分泌更多的EPO呢?我不得而知。
也就是说,生物体内到底存在着怎样的氧气感受系统呢?这三位科学家帮助我解决了这个疑问,他们就是去年刚刚获得诺贝尔生理学或医学奖的科学家。
这三位科学家找出了这个身体反应背后的基因表达——一种名为缺氧诱导因子的蛋白质,简称HIF。顾名思义,这种缺氧诱导因子,能感知周围的缺氧环境,并对此做出调节。
这样我们就可以解释刚才所说的身体反应了,正是由于HIF的存在,我们才能感受到周围环境让身体处于缺氧状态,进而促进肾脏分泌更多的EPO,EPO又能促进脊髓产生更多的红细胞。这个过程相当于劳动力人口不断增加,最终适应了这种工作需要。
我的思路就这样一下打开了,畅想一下,这样伟大的发现,是否能应用于生活中、基础研究和临床应用上。
肿瘤,我们都很熟悉,俗称大肉瘤子,这种说法非常形象,因为肿瘤就是由于肿瘤细胞不断增殖产生的结果。
肿瘤里面是没有血管的,可是真正的肌肉组织里面是有血管的,血管能为我们身体每一处细胞送上氧气,带走二氧化碳和代谢废物。
可是肿瘤是没有血管的,那么聪明的肿瘤细胞要维持自己的生存,不断扩张,它应该怎么办呢?它想到了HIF,通过拉拢身边的HIF,促进生成更多的红细胞和血管,从而产生足够的氧气和营养物质,维持自己的生存,不断扩张自己的队伍,最终击垮人类。
我们是否可以通过控制HIF来抑制肿瘤的恶化呢?理论上说是可以的。另一方面,如果能刺激HIF的分泌,是否可以用于治疗其他病症呢?
或许我们可以通过刺激HIF的分泌,产生更多的血管和红细胞,治疗由于血液循环不畅而导致的循环不良。当然,这些都只是一些设想,还需要未来更多人去投入实践。
作为一个中学生,我也有自己的设想。我希望未来能设计出这样一种药物:它能够标记HIF蛋白,我们将这种药物注射到人体内,它能够催化HIF蛋白将其降解掉,这样肿瘤细胞就无法拉拢自己的小弟,无法再产生更多的氧气和足够的营养物质供自己生存,最终会因为缺氧而死。
尽管作为一名中学生,我还无法将这个设想投入实践,但我相信,未来仍然会有更多的科学家为此投入实践,我也会持续关注这一问题的进展,希望我的设想最终能够成为现实。