饶毅

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理解并不多。最近有一个进展,在动物里,发现子女为什么爱母亲的一个化学原因。这个进展是几位法国科学家很巧妙地将现代化学技术与古老的行为相结合而得到的。法国科学家孝儿(Schaal)、 哭牢得(Coureaud)、郎哥娃(Langlois )和其他同事的研究结果于2003年7月3日,在英国的《自然》杂志发表。他们找到母亲吸引孩子的一个化学分子,由母亲乳腺分泌的这个挥发性小分子,引导婴儿找到母乳的源泉。

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,我们不妨知道一点有关外激素的背景。一个动物可以将外激素分泌到体外,同种属其它动物可以感受外激素。外激素在很多种动物里存在,从单细胞生物一直到哺乳动物。不过,外激素是否在人类存在及其重要性却是没有定论。动物可以通过外激素来告诉其它动物自己的行为和内分泌状态, 它们可以载有动物的社会和性状况信息。外激素信号作用于其它动物后,通常有两类反应:一种是感受动物立刻的“释放”反应,比如打架或者交配;另一种是比较长久的效果,比如感受动物的生理和内分泌激素水平被改变。有些动物把外激素洒到自己地界上,告诉其它动物这是自己的领地,闲人莫入(比如雄老鼠尿里有外激素,洒遍自己“国土”后,劝其它雄鼠不要进来,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。有些雄虾尿里含外激素,两雄虾相斗,看谁撒出外激素多而定社会地位,赢了的以后走路碰到输了的昂首挺胸,输了的走路让道。雄性亚洲大象在幼年发出的外激素是甜甜的:告诉其它成年雄象,我还小,不会和你们竞争的;成年雄性却换一种外激素告诉其它雌雄大象:我成年了,要和其它雄象分开,而欢迎雌性。许多雌性动物用外激素送出自己特别适合受孕的时间。研究者发现了反映母狗适合受孕的外激素后,把它涂到一个没有动情的狗身上,其它公狗就会被误导而兴趣盎然,不管涂了这外激素的狗是母的还是公的。

外激素的化学和分子特性多样。外激素分子作用很强,只要有很少一点点,就可以被其它动物所感知。一个母飞蛾所含的吸引雄性的外激素,如果全部分泌出来,足够吸引十亿个公蛾子。

感受外激素的结构在不同动物是不一样的。在哺乳类,是在鼻子里面的一个结构,但是和通常的嗅觉不同的。嗅觉感受的细胞分布在鼻子里大部分的粘膜。外激素感受的细胞在鼻中膈的一小块特定粘膜上。嗅觉和外激素感受的信号由两套分开的神经通路一级一级传送到脑。可以选择性地先天或者实验导致失去其中一个感觉而保留另外一个感觉。 有些参与老鼠外激素感觉感受的分子已经找到。用基因剔除方法,可以去除其中某个参与外激素感觉的分子。结果发现,没有外激素感受的雄鼠,不识雌雄,不管碰到雌的还是雄的,都试图交配。而正常的雄鼠碰到雄的要打架,碰到雌的才交配。所以老鼠认雌雄是靠外激素,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,除了可以用来逗动物好玩以外,还有多方面意义。比如,拿到昆虫的外激素可以用来控制它们。实际上,人们对昆虫外激素知道的多一些,而对哺乳类的外激素分子,除了老鼠尿里面有过一些研究以外,总的来说分子水平了解的比较少。2003年7月,法裔美国科学家、哈佛大学的杜蕾克(Dulac)写的综述文章里面,还说人们对哺乳类的外激素分子不太知道。

现在我们可以回过头来谈本文最初说的法国科学家孝儿、 哭牢得、郎哥娃的研究结果。为了方便,以下简称他们为孝-哭-郎。他们的论文是法国神经生物学家、化学家合作研究兔子外激素的结果。他们对影响母婴行为的外激素有多年研究,包括对人的研究。他们特别喜欢用兔子研究,因为兔子有一个特点:兔妈妈生产以后,最初两周每天只给兔崽子4到5分钟的吃奶时间。不知道兔妈妈是为什么如此吝惜喂奶时间,至少在人看来,兔妈妈又不是从事特别有竞争性的工作要去忙上班。不过兔妈妈这样做,兔崽子就得有能力每天很快找到奶头,而且要和同窝的其它兄弟姐妹竞争,对于兔崽子来说,吃不到奶是性命攸关的头等大事,所以这样进化下来,兔崽子生下来就有对兔妈妈的特别敏感性,如果兔妈妈在,兔崽子三到五秒钟之内就能找到乳头。研究者做一些实验后,知道兔崽子对兔妈妈乳液里含有的外激素敏感(而不是其它什么抚摸、拥抱、亲吻、或者搞不清楚的关爱啊)。所以孩子爱母亲,首先一条就是因为这个外激素,至少在许多动物是这样。

母乳外激素的化学分子本质是什么呢?孝-哭-郎等不仅选兔子这样一个特别好的动物做模型,而且设计了一个非常聪明的实验方法来找兔母乳的外激素。气相色谱是一种现代化学技术,把分子送进去气相色谱仪里面,可以分离不同分子、并且能分析分子的化学性质。气相色谱仪已经有许多化学家和生化学家用。孝-哭-郎等给这个现代仪器加上了一个出气口,然后把兔崽子放在出气口旁边。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,一边被兔崽子在进行行为“分析”:如果有吸引力的外激素通过这个出气口,新生兔崽子会很快(几秒钟内)地会转头、把自己嘴吸到出气口上去。所以兔崽子是用嘴投票,来告诉科学家母乳外激素什么时候通过了出气口,科学家们将兔崽子送来的这个“情报”和化学分析结果的对比,就知道哪些化学成分可能有外激素。所以说,孝-哭-郎等法国科学家的研究是结合了现代化学仪器和被进化“培养”出来的特别敏感的兔崽子。

孝-哭-郎等初步筛选看到有二十一种分子可能有活性,再把这21种分子一个个分别涂在玻璃棒上,让兔崽子来欣赏,发现只有一种真正有可以重复的活性:有个叫做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,只需要很少就可以诱导兔崽子。原来已知兔的母乳在室温下放过一小时后,对兔崽子就没有吸引力了,而现在发现,在室温下放60分钟后母乳中2MB2分子挥发掉了。如果把2MB2重新加到这样的母乳中去,母乳对兔崽子又有吸引力。兔崽子受2MB2吸引不需要学习、天生就会。2MB2是母亲自己生产的,不是食物里吃来的。从上面的结果,我们也可以知道:兔子蛮有原则的,不是“有奶便是娘”;原来兔子是“有母乳外激素便是娘”。

母乳外激素有一定程度的种属特异性。2MB2只对一些相近种属的兔子有作用,对关系远的兔子种属、和其它动物如老鼠是没有作用的。反之,老鼠、羊、牛、人也不产2MB2,不然要乱套。当然,如果能找到不同动物的母乳外激素,加到其它动物的母乳中去,人工是有可能“乱点母子谱”的。

目前不知道人类有没有母乳外激素。如果要问孝-哭-郎等法国科学家,他们可能不会排除人有母乳外激素的可能,他们曾经有一些结果好像可以提示人类婴儿对母亲有外激素似的反应,不过没有完全证明。

其实不仅母乳外激素,就是人类有没有任何其它外激素,到目前也还是有争议的。有人发现过女性互相影响月经周期、也看到好像男孩子对其他男孩子和女孩子的汗衫反应有不同、也有人看到人脑特定结构对异性身体取得的分泌物好像有特异反应,而且是在主观不知道自己“闻”到任何气味的状况下,可以看到脑内电活动的差别。但是说人类没有外激素感受的科学家指出:哺乳类鼻子里膈区特别感受外激素的结构在人类退化,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被有颜色的视觉(色觉)替代了。这个假说,有一个解释是这样:外激素常常是和同性/异性关系、母婴关系等有关。在进化过程中,到接近人类的高等灵长动物类(不包括猴子),外激素系统退化了,而色觉发达了。这样色觉替代了以前外激素信号的作用。要是这样说来,孔圣人紧密联系“色”和“性” 可是有“卓识远见” 。

我说2MB2母乳外激素是爱母的化学分子基础“之一”,不是我还知道“之二”。只是因为我可以设想不能排除孩子爱母亲还有其它化学分子基础。何况现在知道的只是兔崽子为什么爱母亲(或者说母亲怎么使孩子爱她)。至于人类有没有母乳外激素,有没有其它外激素,如上所述,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解决这个问题,那倒很有趣。如果拿到人类母乳外激素的分子、或者得到影响人类其它行为的外激素,有什么用处,也许一般人会浮想联翩?

进一步阅读文献

Schaal B, Coureaud G, Langlois D, Ginies C, Semon E and Perrier G (2003).
Chemical and behavioural characterization of the rabbit mammary pheromone
Nature 424, 68 – 72.

Rasmussen LE, Riddle HS, and Krishnamurthy V (2002). Mellifluous matures to malodorous in musth. Nature 415, 975-6.

Dulac C, and Torello AT (2003). Sensory systems: Molecular detection of pheromone signals in mammals: from genes to behaviour. Nature Reviews Neuroscience 4, 551 – 562.

Luo M, Fee MS, and Katz LC (2003). Encoding pheromonal signals in the accessory olfactory bulb of behaving mice. Science 299, 1196-201.

Rasmussen LE, Lazar J, and Greenwood DR (2003). Olfactory adventures of elephantine pheromones. Biochem Soc Trans. 31, 137-41.

Zhang J, and Webb DM (2003). Evolutionary deterioration of the vomeronasal pheromone transduction pathway in catarrhine primates. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 8337-41.

Liman E R and Innan H (2003). Relaxed selective pressure on an essential component of pheromone transduction in primate evolution. Proc. Natl Acad. Sci. USA 100, 3328-3332.

2003年11月19日

《南方周末》2003年12月04日以 “世上只有妈妈好”的科学理由”为题发表

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I am a Chinese university student.
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