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总容易伤到自己,有下颌骨的脊椎动物的动物生真艰难啊!

本帖由 漂亮的石头2015-04-05 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    为什么植物嫁接不会发生排异反应?

    [​IMG] 柳若琳,不回答任何求医问药的问题。Life is too short to hold grudges.

    这个问题真的很有意思,我虽然是学人体免疫学的,但是对不同种生物免疫系统的差别和联系也很感兴趣。好想就这个问题详细回答一下。可惜虽然关注了好几天了,但是我真的没有时间写很长的答案,所以就先能写到哪儿就算哪儿吧,如果在植物免疫系统方面有什么不专业的地方,还请婳小鱼或者其他此专业的答主们帮忙纠正补充。

    答主婳小鱼的答案提到了 GVHR 或者 GVHD(graft vs host disease)确实说到了这是一种“特异性免疫反应”,而植物没有,产生这种区别的根本原因是植物和动物有不一样的免疫系统。

    从演化论的角度来说,自然界生物的免疫系统分成两套,一套是较早出现的,较原始,但是也较为普遍的免疫系统,称之为 Innate Immune System(IIS),中文叫“先天免疫系统”,这一套系统地球上所有生物都有; 而另一套是较晚才出现的,只有在有下颌骨的脊椎动物身上才有的 Adaptive Immune System(AIS),中文叫“后天免疫系统”。也就是说,咱们脊椎动物身上有 IIS 和 AIS 两套免疫系统,而植物只有先天免疫系统(IIS)一种。(此处应有掌声)

    植物和脊椎动物采用了不同的免疫系统,可以理解为植物和脊椎动物在面对自然选择的压力时采取的不同的适应环境的对策。

    先天免疫识别精度比较低,但是反应快,打击范围广,所谓大炮打蚊子是也。这种免疫防御机制的第一个优点就是反应速度快,因为先天免疫所使用的“武器”一般都是化学类的大杀器,这些化学物质的合成和分解速度都是能以小时甚至是分秒计算的,所谓分分钟要你命三千。而且这些化学物质破坏的都是入侵病原体的“命根子”(比如代谢途径,养分吸收途径,分裂繁殖机制之类的),正因为如此,先天免疫反应的副作用也很明显,就是病原体的这些“命根子”,同时也是植物的命根子,地球生物毕竟还是同源的,很多代谢途径,养分吸收方式和分裂繁殖方式这些涉及到生物生存的根基都是类似的,你要是破坏这些机制,难免会误伤自己,所以植物在遭受病害时候会出现枯萎或者凋零的现象,就是属于杀敌一千,自损五百,为了不让病害在植株上继续扩散,要么自杀要么断臂,这听起来好像不太利于植物生存啊,那怎么办呢?不要紧,植物在另一点天赋上有加成,那就是再生能力,我掉个叶子,枯萎个枝干没啥,再长出来就是了,IIS 这种原始的防御机制是没有记忆力的,植物长出新叶子了,下次遇到同样的病害,就再自残一次,再长出新叶子,反正水,二氧化碳和矿物质用起来不要钱,18 年,哦不,18 天后又是一条好汉。

    植物的先天免疫系统的识别精度低的另外一个“好处”,就是既然防护机制这么粗糙,那触发这种防护机制的阈值也相对较高,这就不至于使得植物一遇见什么外来异物就开始疯狂自残……这种对非自体(non-self)的相容能力,免疫学上称之为 tolerance(耐受)。植物因为免疫系统只有 IIS,在识别准确度上比较粗糙,在某些情况下就不太会分辨谁是自体(self)谁是非自体(non-self,包括外来异物,病原体,同种移植),所以如果植物觉得那个外来物看起来跟自己免疫相容,看对方表型挺像是自己人或者亲戚的,那就接受了对方大家一起愉快的玩耍吧……其他答案里也提到了,植物也不是能随便嫁接的,越是亲缘关系大的植物嫁接成功率才高,而如果完全不是同种的植物则很难成活,这就是因为越是亲缘关系近的生物免疫表型越相似,就越会被接受的那一方的免疫系统判定为“友军”从而产生耐受,这也是免疫系统识别机制在“攻击”还是“耐受”之间平衡的结果。

    高等脊椎动物对环境选择的压力的对策和植物不同,我们没有超强再生能力这种天赋加成,但是我们多了一套后天免疫系统,这样我们万一被感染被伤害,不需要断胳膊断腿,只需要让胳膊腿慢慢愈合到能用了,然后变得越来越强壮就是了。脊椎动物演化出的后天免疫系统(AIS),一部分解决了“在胳膊腿断了就长不出来了的情况下,如何高精度分辨敌友,精确打击敌人而且让对方不敢再犯”的问题。为了产生了“排他性”(self vs non-self),和“特异性”(我需要打击的是细菌?还是病毒?还是真菌?应该各使用什么方案?),AIS 演化出了 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞以及相应的一套工作体系,这样脊椎动物的免疫系统可以更高效地保护个体,识别并把感染控制在小范围内集中火力消灭掉,更重要的是,AIS 可以对曾经造成的伤害 / 感染产生免疫记忆,下次再出现同样的感染,AIS 已经把刀磨好了(疫苗就是利用的这种原理)。同样的招数对圣斗士使用第二次是不起作用的。v( ̄︶ ̄)y。

    但是后天免疫系统的这种工作方式也有明显的缺陷:

    第一,IIS 没有解决的问题,AIS 也还是没有完全解决,到底一个免疫系统应该以怎样的标准去判断谁是敌谁是友呢(self or non-self)?精度可以达到什么程度?一个表面伪装成自己人的病毒算不算敌军?一个基因变异了的体细胞慢慢转变成了癌细胞那它还算不算友军?这种识别工作需要消耗大量的能量和时间,而且最后结果也不一定是完美的。

    第二,一旦后天免疫系统判断出了敌友,免疫系统该如何反应,才能保证在杀死敌方病原体的同时,不会把脊椎动物自己搞死?打轻了,病原体死不绝,打重了,可能会误伤自己。AIS 为了达到特异识别的精度已经演化出了一整套很厉害的常规武器,这些 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞一旦接受到指令,可以分分钟到达战场,几小时之内以指数增长方式分裂增殖,然后撩袖子开打,这么多武器如果使用起来不小心,那对生物个体后果是相当严重的。(大概类似于金胖手里捏着上千个核弹的样子。)

    要保持这个平衡是很难很难的,后天免疫系统和脊椎动物演化了几千年几万年,也就是在让免疫系统更强大的同时,一直努力保持着这个脆弱的平衡,天平如果倾向于打击敌军(non-self),脊椎动物就会出现过敏反应,败血症(也就是题主所说的皮肤稍微破皮感染结果却丧命的例子),器官移植排斥反应导致丧命的例子,可是如果天平倾向于保护友军,咱们还有癌症这种大毒瘤在前方欢迎我们……

    可是还能怎么办呢?我们的祖先已经走上了这条不归路,虽然不能和植物一样随时长片叶子,可是我们能走能跑能捕猎,能造工具能上火星,植物还是只能静静地看着我们装逼。

    而装逼,是需要付出代价的。

    有下颌骨的脊椎动物的动物生真的很艰难啊!╮(╯_╰)╭

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