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"病从口入":圈养大猩猩易患心脏病?得研究吃了啥

出品|网易科学人栏目组 翟中超近10年来,饲养员发现动物园里大猩猩的心脏状况堪忧,现在他们和科学工作者一同追踪这其中的原因。图注:插画展示了一只银背大猩猩在吃绿茎植物,在大猩猩左胸处有个红色的心脏。插画的背景是绿色丛林植物,插画的3个红圈中……

专题: 预防心脏病的方法 秋季养生煲什么汤好 药膳食谱配方及功效 春季女性养生茶 

出品|网易科学人栏目组 翟中超

近10年来,饲养员发现动物园里大猩猩的心脏状况堪忧,现在他们和科学工作者一同追踪这其中的原因。

图注:插画展示了一只银背大猩猩在吃绿茎植物,在大猩猩左胸处有个红色的心脏。插画的背景是绿色丛林植物,插画的3个红圈中自上而下分别为肠、细胞和心脏。

给大猩猩做心脏检查不需要麻醉

大地上已覆盖了白雪,星期三早上刚过8点,在克利夫兰城市动物园的某处地下室里,一只30岁的名叫Mokolo(这也是刚果民主共和国的一处地名)的大猩猩在接受心脏检查。这只雄性大猩猩自愿走到铁栅栏门前,它蹲在地上,大大的肚子挤在栅栏上。大猩猩有点恼怒地望着天花板,它应该是想去室外玩耍,但它好像又明白自己得先接受检查,还是蛮通人性的。

动物饲养员布莱恩·普赖斯蹲在栅栏的另一侧。“Moki你要听话哦,”普赖斯用一个青豆来哄大猩猩。180公斤磅重的大猩猩听话了。

通过栅栏上的间隔,普赖斯把超声导电膏擦在Mokolo的肚子上。Mokolo想推开普赖斯的手但没能成功,然后它摸了一把这些黏性物质仔细观察了一番,脸上呈现出怀疑的表情。当第二周普赖斯再擦这种导电膏时它就表现得很随意放松了。Mokolo只是用皱皱的手指握着铁栅栏。

“别动啊,”普赖斯柔声说道,然后拿超声波探头在莫科洛肋部做着检查。Mokolo真的没动。

几步以外,莫科洛心脏的影像以灰白色动态图像的方式呈现在一台便携式超声波机的屏幕上。兽医助理迈克·塞利格看着血液在左右心室间泵进泵出。节律和规则都还正常。塞利格记录了Mokolo的心率,然后按了下机器上的某个按钮就出来了一张图像。塞利格会测量从Mokolo心腔周围收集的液体看看有没有增加,然后再将信息添加到国家数据库内。

就像许多圈养的雄性大猩猩一样,Mokolo患了心脏病,准确地讲是心肌纤维化(又称为心肌钙化,会逐渐发展为心力衰竭的慢性缺血性心脏病),心肌纤维化会使原本健康、红色的心肌肉变成一片白色的瘢痕组织,这样心脏就会变得太硬而无法泵血了。野生种群中几乎没有心脏病病例,但全世界范围内圈养的雄性大猩猩的头号杀手就是心脏病。在北美,大约70%的成年雄性大猩猩患有心脏病,很多大猩猩也最终因此过早死亡。其他类人猿,如猩猩和黑猩猩中心脏病病例比率也和大猩猩差不多。

十多年来,动物园饲养员、兽医、流行病学家和其他研究员努力想搞清楚为什么圈养的大猩猩中心脏病如此普遍,他们还想弄清楚如何防止这些动物患上心脏病。现在他们可能离答案越来越近了,这个潜在的危险就是存在于肠道中的微小细菌。

大猩猩一度被当做野蛮人种

在中新纪期间,也就是2300万年前至530万年前之间,旧世界的热带森林中至少生活着100种类人猿,其中有些像家猫一样又小又轻,还有一些和现代大猩猩差不多重。随着气候变得越来越凉爽干燥,第三中新纪的森林逐渐变少,大草原出现了,这段时间大多数猿类都灭绝了。大猩猩、倭黑猩猩、猩猩和黑猩猩幸存了下来。

但是类人猿并不是唯一幸存下来的原始人类,还有另外一类也幸存下来了,这类原始人类的大脑甚至更复杂,它们能使用工具、能生火,甚至还发明了推土机和链条锯,类人猿仅存的栖息地也因此受到了后一类物种的破坏。伐木、农业和非法狩猎威胁者类人猿的生存,国际自然保护联盟认为所有的6种类人猿都快濒临灭绝了,其中东部大猩猩、西部大猩猩、婆罗洲大猩猩和苏门答腊猩猩属于极度濒危物种。

人类已经把野生类人猿推向了第二次灭绝的边缘,我们把自己进化意义上最亲近的物种圈养起来。早在17、18世纪,欧洲皇室就圈养了第一批类人猿,在那个时代,知识分子还在争论类人猿是奇异的野兽还是人类的远亲,他们一度怀疑这是人类中的野蛮人种。在没有明确答案的情况下,这种动物受到了一种奇特的待遇,类人猿被拷上了铁链,但同时人类给它们提供了睡觉的床以及面包、草莓以及西班牙优质葡萄酒作为食物。

到20世纪初,科学家们成功地将类人猿分为不同的物种,但仍然不清楚怎么照顾它们。第一个跨越大西洋进入北美的是一只名叫Madame Ningo的雌性西部低地大猩猩,它于1911年从刚果被运送到纽约布朗克斯动物园,当时刚果还是法国的殖民地。可能是大猩猩长得太像人类,也可能是它那极大的犬齿和强壮的下颚使其看起来又像是一种凶猛的食肉动物,当时的动物园饲养员试着用附近餐厅的熟肉和其他加热食物来喂它。但大猩猩不吃这些东西,人们对此很费解。

Madame Ningo在两周内就死去了。动物园主管威廉·坦普尔·霍纳迪痛苦地写下这只动物“因固执而死去。”可能是他没有意识到大猩猩是食草动物,人类只是看到了大猩猩的锋利的尖牙,但它们的犬齿是用来剥去非洲植物的纤维外皮的,它们还可以用暴露犬齿的方式吓退争取交配权的对手。Madame Ningo的继任者,一只名叫Dinah的雌性大猩猩遭受了同样的命运,后者在没有明显病理症状的情况下因为食欲不振而在11个月后死去。

“动物园似乎终于找到了饲养类人猿的方法。不幸的是银背大猩猩又开始处于垂死状态。”

然而动物园仍继续将大猩猩带给北美的观众。“毋庸置疑,当时动物园最大的愿望就是饲养一只健康的大猩猩,而且体型要足够大,这样才能使观众赞叹敬畏,”霍纳迪在1915年写下了这句话。 随着20世纪的发展,特别是在1973年《濒危物种法案》(该法案禁止进口濒危野生类人猿)通过之后,照顾大猩猩的方法也得到了改善,因为动物园只能想方设法照顾好那些已经被自己圈养的大猩猩。

到上世纪90年代初期,由动物园与水族馆协会(Association of Zoos and Aquariums ,简称AZA)认证的大约230个动物园已经开始改变他们的初衷,动物园以前养大猩猩是为了获得游客的“赞赏和敬畏”,现在是把大猩猩当做保护对象,动物园还向游客们宣传介绍濒危物种面临的威胁。动物园设立了“物种生存计划”来确保大猩猩和其他濒危物种的种群数量足够大以防野生物种濒临灭绝。但是早期对大猩猩的误解很难得到解除。到了90年代,一些动物园仍然给大猩猩喂食牛奶、酸奶、煮鸡蛋、肉、面包、爆米花以及用肉桂烘烤的苹果!

后来,特制的饼干和蔬菜水果最终成了大猩猩的标准化饮食,这种饼干富含钙、维生素和其他营养成分。大猩猩以这些为食后开始活得更久,看起来也更健康,有的能活到50岁,而且新生的大猩猩婴儿死亡率也有了下降。一只名叫Jo Ray K的雌性大猩猩前后生一共了5个可爱的小猩猩,其中有只小猩猩出生于1987年7月10号,动物园饲养员给这只特别捣蛋的雄性小猩猩起了个名字,就叫做Mokolo。

大猩猩是怎么患上心脏病的

1994年,Mokolo来到克利夫兰城市动物园,他和其他三个年轻的雄性猩猩组成了一个单身俱乐部。野生大猩猩在年轻时通常生活在单身群体中,因此Mokolo很容易就融入了这个新的群体。“从一开始,Mokolo就显得与众不同,它是个制造麻烦的小家伙,但它又是和平缔造者。它又想玩耍动、又想打架而后还想拥抱和好。”动物园执行理事、动物行为学家克里斯·库哈尔说道。

就像生活中在动物园与水族馆协会管理下的350只大猩猩一样,Mokolo看起来相对健康。在Madame Ningo到达新世界大约100年后,动物园似乎终于找到了饲养类人猿的正确方法。

然而银背大猩猩的状况开始变得很糟。

仅2006年,年龄跨度从21岁到34岁的3只受人喜爱的雄性大猩猩相继死去。罪魁祸首就是心脏病。动物园管理员和兽医几乎不知道,就像20世纪时人类的遭遇一样,心脏病已经出现在了大猩猩群体当中。不同于人类的是,患有心脏问题的大猩猩并没有显示出冠状动脉堵塞或高胆固醇的病症。还有一点区别,科学家对人类心脏有着较多的研究和认识,但对大猩猩的心脏几乎一无所知。

“我开始研究它们的大脑,因为我认为是大脑在控制着一切。但事实证明是肠道的原因。”

“对于大猩猩的心脏疾病,我们甚至还没有定义,”克利夫兰城市动物园兽医流行病学专家、俄亥俄州州立大学动物医学学院助理教授帕姆·丹尼斯说道。一旦动物死亡,我们通过尸检很容易就能识别是否是心脏衰竭,但是大猩猩健康心脏的指标是什么,我们对此没有界定,因此对活体动物的诊断和治疗就很棘手。还有,因为心脏病主体在接受麻醉时死亡风险会增加,因此兽医不愿意麻醉大猩猩来进行超声波检查、安装心脏起搏器或是进行抽血,但后3种方法是可以研究这种疾病的。2010年“类人猿心脏工程”创立,该工程初衷是收集并综合分析美国各地的类人猿心脏健康信息,但事与愿违,所收集的数据非常之少。

“除非逼不得已,否则没有兽医会麻醉一只成年雄性大猩猩,常规健康检查点到为止,一般不会使用麻醉剂。”丹尼斯回忆道。

第一个突破出现了,动物园饲养员和兽医发现用苹果和青豆可以训练类人猿在接受抽血和超声波检查时保持听话状态。更多机构开始为“类人猿心脏工程”贡献出自己的努力,Mokolo和全国各地的其他大猩猩开始自愿走向动物园饲养员,它们会把胳膊伸过栅栏、把胸部贴向栅栏,因此兽医就可以抽血或进行超声检查。不久以后,兽医确立了大猩猩在清醒状态下的心脏健康的指标,这样一来使得不用麻醉就能对大猩猩进行诊断成为可能。

但是新的机遇带来的新的挑战。Mokolo和它最亲密的朋友Bebac(上文中提到的克利夫兰城市动物园单身俱乐部除Mokolo外仅存的一只大猩猩)被发现都患有心肌纤维化。通过向大猩猩食物中偷偷放入治疗人类心脏病的药物,兽医们尽其所能地阻止疾病的发展。但是在2017年1月,32岁的Bebac还是走了。

从饮食着手

在Bebac死后,两只名叫Fredrika和Kebi的雌性大猩猩被带到克利夫兰动物园,因此Mokolo可以完成下一个角色。尽管这两只雌性体重都在90公斤左右,但在Mokolo面前看起来小很多。Mokolo经常关注两只雌性以确保它们的安全。

与此同时,动物园工作人员忙于保证Mokolo和其他雄性的生存状态。这些工作人员当中有个叫埃琳娜·莱斯的人,她是克利夫兰动物园的一名联合动物管理员。莱斯在凯斯西储大学读博士时就开始研究大猩猩的饮食。考虑到人类饮食和心脏健康之间的联系,想要搞清大猩猩的心脏问题,莱斯表示大猩猩的饮食“值得研究”。

很少人注意到大猩猩食用的特制饼干其实很值得推敲。大猩猩在基因上与人类相似,但它们有着与人类差别很大的消化系统,它们的消化系统和马的更类似。像马一样,大猩猩是“后肠消化者”,它们主要用超长的大肠而非胃部来处理食物。这意味着它们很擅长分解纤维,但不擅长处理糖和谷物。“如果你喂它们红薯或商业化种植的水果,它们也会吃,但这些食物并没给它们带来多少能量。”莱斯解释道。

图注:大猩猩是食草动物,然而人们曾以肉类饲养它们。

还有,野生大猩猩会花70%的时间来寻找高纤维植物,而以特制饼干为食的圈养大猩猩在30分钟内就能把食物吃完。克利夫兰动物园保护和科学主管、大猩猩物种生存计划(Gorilla Species Survival Plan)主席克里斯汀·卢卡斯认为这就可能导致一种名为“反刍和再摄食”的行为,在这种情况下动物会“呕出”食物再吃一遍。人们还没在野生大猩猩中发现过这种行为,但有记录表明发育障碍的人会有这种行为,而且,大约三分之二的圈养大猩猩也有这种行为。

卢卡斯发现,就调整行为和对抗压力而言,反刍的大猩猩比其他圈养的大猩猩有更好的适应性。大猩猩的反刍行为可能是一种适应性的结果,这样它们就有了一种控制感,或着可以借此模仿它们在野外进食的特点。

于是莱斯给克利夫兰动物园的大猩猩换了新的饮食方案,去掉了特制饼干和简单的淀粉食物,取而代之的是绿叶蔬菜、苜蓿和采自柳树和其他树的枝条。莱斯还意识到大猩猩应该进食4倍于此前进食的重量。克利夫兰大猩猩不仅在纤维食物进食量上有了大幅增加,在进食时间上他们也和野外大猩猩更相近了。很快,克利夫兰大猩猩就不再反刍了。“我们认为是饮食的变化产生了影响,但反刍的完全消失使我们颇为震惊。”莱斯说道。

新的饮食方案可以显著减少体脂并降低胆固醇。更重要的可能是对大猩猩肠胃中细菌产生的影响。大猩猩肠胃里的微生物可能是他们患上心脏病的关键因素。

小细菌的大影响

“我开始研究它们的大脑,因为我认为是大脑在控制着一切,但事实证明是肠道的原因。”肯特州立大学生物人类学家玛丽·安说道。玛丽·安研究内容为大脑进化和类人猿的心脏健康。

在过去的10年左右,科学家就已经开始探索人类胃内和肠道中数以万计的细菌、真菌和其他微生物是如何影响着我们的健康。我们吃什么食物决定了这些微生物的繁殖状况,而且肠道菌群的构成会对身体其他部位产生广泛的影响。比如说,某些肠道细菌会在我们的免疫系统中引发炎症,还有些细菌分泌的物质会渗入血液或造成动脉阻塞,这就有助于解释为什么和健康人群相比,那些患有心脏病的人有着非常不同的微生物群落。

北俄亥俄大学生物学助理教授凯瑟琳·科瑞娜想弄明白大猩猩肠道中的细菌是否扮演者类似的角色:与健康大猩猩比较,患有心脏病的大猩猩是否有着不同的细菌?如果是的话,是否有可能通过处理细菌来影响心脏的健康状况?

目前这些研究工作还处于初级阶段,但答案似乎是肯定的。

科瑞娜的工作始于大猩猩的粪便,粪便包含了大猩猩肠道内细菌的数十万股DNA。我原以为大猩猩这种体型如此巨大的动物的粪便可能像熊的一样“量大而又冒着热气”,恰恰相反,就像是小马驹的粪便,量小而略干,还有一股甘草味儿。动物饲养员和在读研究生采集了样品冻干后放入小瓶中,然后将小瓶送到科瑞娜的实验室。科瑞娜依次提取DNA并对其进行排序以找出大猩猩肠道内存在哪些细菌。通过分析8只圈养大猩猩的粪便,科瑞娜、丹尼斯和其他研究人员发现,与健康的大猩猩相比,患有心脏疾病的大猩猩确实有不同的微生物组。

“以前,我们通过对灵长类动物的研究学到了很多关于人类健康的知识;现在,人体肠道细菌与心脏病的关系给我们研究大猩猩的心脏健康带来了灵感。”

科瑞娜把细菌比作派对上的客人。“在派对上的你可能会呈现彬彬有礼的举止。但是如果你最好的朋友或者派对的主人带来很多酒改变了派对的氛围,你可能就变得话多了,”她解释道。科瑞娜研究大猩猩肠道的团队中,“第一步是要知道谁在派对上,然后下一步观察是谁改变了派对的氛围,假如是你改变了氛围,你能改变谁出现在派对上吗?你能改变不同的人出现的几率吗?如果你改变了这个比例,这些细菌的功能会发生改变吗?”

研究人员才刚刚开始了解肠道和微生物这场派对的变化会对其他器官造成什么影响。在小鼠体内,缺乏纤维的饮食似乎可以清除消化纤维的细菌,但是这种肠道中微生物比例极其细微的变化反过来会引发免疫反应。然后,小鼠就患上了慢性炎症,体重也增加了,这种情况可能会增加心脏病的患病风险。

在大猩猩中,想搞得非常清楚还需时日。但是圈养动物的微生物组和健康状况之间的存在联系的可能性非常大,所以不能忽视。科瑞娜现在正在分析Bebac死后的粪便样本以及Mokolo、Kebi和Fredrika的样本,以确定去掉特制饼干后的饮食所创造的“微生物派对”是否与健康大猩猩的相似。毛臀叶猴也是濒危的灵长类动物,也在人工圈养状态下挣扎求生,研究人员发现动物园里的毛臀叶猴的肠道细菌与野生毛臀叶猴的有显著差异,但是与人类的微生物组不可思议地相似,这可能是因为人类和动物园里的动物都常常吃低纤维食物。

当然,就像现实生活中的科学应用一样,哪儿都有些小问题。首先,你不能逆转心脏病,所以即使Mokolo的情况不会恶化,也很难说这究竟是药物的作用还是饮食的作用,或许这两项都在起作用。想要确定克利夫兰动物园的饮食方案是否真能预防心脏病,那么整整一代的大猩猩就得用这种饮食饲养,但目前为止除克利夫兰动物园外只有3家动物园采用了高纤维饮食法。高纤维饮食方案的花费大约是特制饼干饮食方案的4倍,这也是大多数动物园没能采用的主要原因。在这4个动物园中,只有北卡罗来纳州动物园的雄性大猩猩在断奶后就完全采用无特制饼干饮食方案。尽管该动物园内长大的两只雄性大猩猩没有心脏疾病,但样本量太小,因此很难确定是不是饮食和微生物组起的作用,也可能仅仅是它们基因比较优良。

但假以时日,莱斯、科瑞娜、克里斯汀·卢卡斯、帕姆·丹尼斯和其他研究人员的工作可能会使圈养的大猩猩的生活方式更接近野生状态。这可能需要100年,在这100年里需要一步步走,也可能会遇到一个个的新问题。丹尼斯认为我们对人类医学和生理学的理解有助于为灵长类动物创造健康和福祉。

“以前,我们通过对灵长类动物的研究学到了很多关于人类健康的知识;现在,人体肠道细菌与心脏病的关系给我们研究大猩猩的心脏健康带来了灵感。”科瑞娜说道。

拯救大猩猩,人类需要担当

早上6点半,路灯还亮着,克利夫兰动物园还没开门,大猩猩饲养员布莱恩·普赖斯就已经开始工作了。普赖斯下身穿着褪色的工装,上身是连帽运动衣,一串钥匙、一台手持收音机还有一瓶挂在腰带上的辣椒喷雾,这些就是他的装备。

房间外面,雪花像因风而起的柳絮为万物穿上了银装,城市里的人们开始起床工作了。在动物园灵长类动物的房间里,普赖斯按量配了维生素和药物的注射剂,一种是为雌性大猩猩节育,Mokolo的是利尿剂和血压药。然后普赖斯把一种闻起来像燕麦的物质搅和成稀泥的稠度。

“想尝尝吗?”普赖斯问道。口感就像纸板,我可不想尝。

站在一旁的埃琳娜·莱斯笑了。“这个叫抗性淀粉,和大猩猩后肠里的纤维比较像。大猩猩通常会吃茎皮,所以它们会很喜欢的。”

普赖斯将药物添加到抗性淀粉中,然后把食物带到大猩猩所在的地下室,也就是Mokolo接受抽血和心脏检查的地方。然后普赖斯又来到楼上,在这里游客可以透过一面大玻璃壁来观察大猩猩。普赖斯把莴苣菜和长叶莴苣装到纸箱子里,再把纸箱分散放置,这样做可以增加大猩猩觅食的时间。地下室和观察区相连,这样大猩猩的活动范围就更大更自由些。

“我们把这些动物带进动物园,如果正是我们的管理使它们患上心脏病,那么我认为我们有责任找到原因并解决这个问题。”

我在玻璃的另一边等着大猩猩的出现。

首先是两只雌性大猩猩跖行过来,它们抓了绿叶蔬菜然后藏在腋下。然后身高1.7米、体重180公斤的Mokolo走了过来,它很霸气的检查着周遭的环境,然后悠闲地拿起一把长叶莴苣。Mokolo用食指拂去了莴苣上粘着的一点干草,这和人的动作太像了。就在那一刻,我明白了为什么人类长久以来对大猩猩如此着迷。不过,为什么人类要把他们带进动物园来观察那些我们已经会了的东西。还有,为什么现在我们不得不去拯救它们。

在接下来的时间里,我看着大猩猩进食、撒尿、给自己抓痒以及休息。另外一间围场里的长臂猿发出叫声,而灵长目动物、猫科动物和水生动物的围场内却一片寂静。冬季的暗淡的光线透过窗户照入围场,我对大猩猩的另一份记忆来自于纪录片,那份记忆和这种场景是迥然不同的。在这里,没有摄像师来控制我的视线,也没有制作人来编辑我的体验。

动物权利倡导者对动物园的存在仍有争议,但支持者坚定地相信动物园存在的意义。很多人可能一辈子都无法去非洲旅行,因此有些人就会每年来动物园参观一下,其中门票销售的一部分以及动物园赞助人的捐赠会直接用于野外保护。2012至2016年间,动物园与水族馆协会为类似的保护项目贡献了660万美元,其中包括与戴安弗西大猩猩基金会的一项合作,该合作为卢旺达大学的学生科学研究和推广服务提供了帮助。

当我问及研究人员和动物园工作人员为什么会关心解决类人猿的心脏病,他们没有讨论物种保护问题,也没有探讨动物园要不要补充引进野生的大猩猩,取而代之,他们谈论的是如何改善像Mokolo这样的动物个体。100年前,人类将大猩猩带出非洲穿过大西洋;100年后,我们成了被迫应对后果的人。

“我们把这些动物带进动物园,我们建造了它们的栖息地,我们给它们提供食物,如果正是我们的管理使它们患上心脏病,那么我认为我们有责任找到原因并解决这个问题。”

Mokolo吃完蔬菜后坐在一片树根上,它的肘靠在膝盖上。它拿起一片硬纸板,尝试性地咬了一口,然后把剩下的扔回地上。它透过玻璃瞥了我一眼,然后,毫无预兆的,它跳了起来,它跳起来后在围场四周飞奔,它制造的响声在安静的建筑内回荡着。长臂猿听到动静后也安静了片刻。

Mokolo微笑着,好像很满足,然后它转过身从楼梯处很快地消失了,它回到了那个有明亮灯光、有钢铁栅栏、以水泥为立身之处的地方。

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