众所周知，正常人体温度约为37℃。
然而一项由法国研究人员带来的新成果却表明，人体细胞内部温度远在此之上！
这将是一个足以令所有体温计都失去意义的故事。在那些维持我们身体正常运作的生化反应场所，也就是人体细胞的深处，环境温度缭绕在一个理论上人体无法承受的水平：50℃！
我们大家都知道，人体正常运作时的温度在37℃左右，并且，鉴于人类是恒温动物，所以体温必须尽可能地保持稳定：为了与人类生活相匹配，人体体温只能在非常有限的范围内浮动，即35℃至40℃。
同时演化也赋予了人体很多调节方法以最大限度地维持37℃的体温，例如通过汗腺调节汗液的分泌，利用棕色脂肪组织大量产热等。一旦体温超过这一阈值，人体主要的生化机制就会失常，甚至活性全无。
细胞的“发电站”
由法国国家健康与医学研究院的生物能学家皮埃尔·拉斯廷（Pierre Rustin）主导完成的新近测量结果，着实令人困惑万分。
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2003992
通过分析线粒体的活动，皮埃尔·拉斯廷的团队发现这些游荡于细胞质中、负责细胞整个生命周期所需能量的“发电站”，在全速运行时温度可超出正常人体承受上限整整10℃！
自该实验结论公布起，整个细胞生物学界都因这一热力学悖论陷入了动摇与争论的漩涡中。这一颠覆性的温度阈值必然会令众多分子机制迎来彻头彻尾的重新审定。“有关细胞呼吸的实验全部需要复查，因为我们都是基于37℃的设定温度来开展实验的。
因此，很多现象和参数可能都是错的。”瑞士苏黎世大学生物化学研究所的实验室主任伯努瓦·科尔马恩（Benoit Kornmann）强调。“太震惊了……令人困扰啊！刚得知这一结果时甚至让人怀疑它的真实性。”加拿大渥太华大学的线粒体整合生物学家扬·布埃勒（Yan Burelle）坦言。
围绕皮埃尔·拉斯廷、多米尼克·克雷蒂安（Dominique Chrétien）、保罗·贝尼（Paule Bénit）和马乌戈热塔·拉克（Malgorzata Rak）组建的这支团队贝尼与芬兰、德国、新加坡等多国的实验室有着深入合作，他们开展的每一次实验都很精细，且可重复。
要知道，该团队并没有采用传统的温度计来测量线粒体的温度，因为无论温度计多小，都无法应用于显微级的实体。事实上，温度计的角色是交由一种2015年才合成的荧光分子“mito-thermo-yellow”来扮演的。
有机“锅炉”
这种荧光微型温度计可以附着在线粒体的产能区，其荧光会随着温度的升高而减弱，且能在温度降低后回升。因此，通过测量其荧光强度，就能估算出线粒体的温度。
那么，怎样解释这个结果才最合理呢？“褪去最初的惊讶，我们或许可以试着给出一种解释。”扬·布埃勒认为，“设想线粒体是高温的锅炉，由细胞负责把热量散布到整个机体中——这就形成了一种热力学平衡。”
这一发现令生物物理学家们坐不住了！“人体内有大约 个细胞，每个细胞内都有数十个线粒体。若按此发现的数字计算将得出 瓦特的功率，差不多相当于10座核电站的水平！”德国马普研究所的发育生物学家查理德·内尔（Richard Neher）解释道。
此外，他也对尺寸不过十余微米水平的细胞内能实现10℃的热梯度差提出了质疑：“如此大的细胞内温差实在很难想象。”
皮埃尔·拉斯廷准备等到最终结果出炉后再加入讨论。但他团队中的生物能学家认为，生物物理学家的计算忽略了太多生物参数。比如线粒体内部与细胞其他部分隔开了三层膜，其导热率仍然未知。况且，谁能打保票说全部线粒体都会在同一时间全速运行呢？
“荧光探测分子确实对温度敏感，这方面毫无疑问，”扬·布埃勒表示，“问题可能出在温度测量所选的区域。探测分子测出的兴许只是极为有限范围内的局部温度？”确实，皮埃尔·拉斯廷的团队也承认这种可能性：整个线粒体不会处处都是50℃， 但很可能散布着多个“热点”。
不容小觑的耐热性
温度超过40℃，酶不会变性失活吗？在这一点上，实验结果同样夺人眼球。因为根据研究人员的测定，50℃下的酶反应速率达到了37℃时的3倍。温度提高还会改变脂质膜的状态，有点儿像一块固态黄油在高温下变软。
此外，一些特定物质的运输速度也在50℃的温度下有所加快。
还有其他论据能捍卫细胞内主要机制活化无惧高温的观点。
例如，机体在高温环境下会大量合成的热休克蛋白，它们能规避不利的蛋白质相互作用，帮助蛋白质正常折叠——就像是某种类型的超级隔热材料！
“细胞多数组分都能承受48℃的高温，当线粒体和细胞质基质中特别丰富的热休克蛋白存在时尤为显著。”瑞士日内瓦大学分子生物学系的荣誉教授乌尔里希·希布勒（Ulrich Schibler）言之凿凿，“有些生物，例如超嗜热古菌，甚至可以在接近水沸点的温度下繁殖。
由于热量会从热源向四面八方消散，因此细胞内部可以被动保持温差梯度。”
研究人员还有一个发现：同一细胞内的不同线粒体会聚集在细胞核周围或神经突触末梢等特定区域，以局部加热细胞的方式促成某些反应，例如加速DNA的复制或是改变突触的通透性来促进神经递质的传输。
这些研究结果或将改变我们对一些疾病的解读和理解。例如，线粒体“加热不够充分”可以作为肌病或脑病患者线粒体活动减弱的解释。
总之，针对线粒体的探索之旅才刚刚开始。即便我们的身体继续以37℃示人，但线粒体火热的秘密仍有很大一部分尚待发掘……
撰文 Alexandra Pihen
编译 张文慧
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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：新发现
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