為什麼電影里的許多怪獸來自地底或海底？ | 睡前科學故事

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作者 七君

為什麼電影里的許多怪獸來自地底或海底？比如哥斯拉？

這個問題的答案和我們日常呼吸的空氣有關。而這一切，要從寒武紀開始講起。

在地球的歷史上有個重要的轉折點，那就是寒武紀。寒武紀之前，地球上的生物都生活在海洋里，而且只能隨波逐流，無法隨心所欲地運動，那時甚至連靠吃肉為生「掠食者」這種生命角色都還沒有出現。

但是在5.4億年前的寒武紀，出現了著名的「寒武紀大爆發」，物種的數量呈爆炸式增長，生物們變得更大，身體結構也變得更加複雜，而且地球上終於出現了掠食動物。現如今地球上幾乎所有的動物的最近共同祖先都是在那時候出現的。

但是，寒武紀大爆發的起因一直是個未解之謎。有許多人認為，寒武紀大爆發的主要原因是那時候地球大氣里突然多了好多氧氣。

要知道，用氧氣呼吸產生的能量是無氧呼吸的20倍，因此有氧生物比無氧生物有巨大的優勢，它們可以長得更大，也有更多的力氣在地球上進行飯後消化性考察，或許還有餘糧用來長腦子想東想西。因此說氧氣催生了世間萬物，這很有道理。

但是，這個理論有一些無法解釋的漏洞。

其中最大的漏洞就在於，在地球突然有了許多氧氣之前，生物已經適應了無氧的環境，那個時候大氣中的氧氣含量只有2-4%（現在的大氣中氧氣約佔20%）；有了氧氣以後，厭氧生物會很困擾，因為氧氣會干擾它們的新陳代謝，甚至對它們有毒。

地球大氣里在很長時間裡氧氣含量都比較高，但過了很久才出現複雜的生物，不適應氧氣可能就是重要的原因。

更重要的是，直到現在，生物依然不喜歡大量的氧氣。

人會窒息而死，這給了我們一個錯覺——氧氣是個好東西，細胞一定喜歡得不得了。

但實際上，不管是我們人類，還是海洋里的甲殼動物的細胞並不是被氧氣包圍著，動物的細胞喜歡生活在幾近缺氧的邊緣。

過多的氧氣對生物是有害的，所以醫生不會讓病人在高壓氧艙里呆太久。許多動物也保留了在低氧環境中生存的能力，比如魚啊烏龜啊，還有許多昆蟲的幼蟲。

最奇特的是，哺乳動物的胚胎實際上是在相對缺氧的環境中發育的。就比如人類胚胎在頭兩周里是缺氧的，因為一開始母親為胚胎提供氧氣的血管還沒有長出來。

而最不喜歡氧氣的一種細胞，就是幹細胞。幹細胞是有能力分化成各種細胞的一種類似於樂高的細胞。沒有幹細胞，多細胞動物的身體就沒有辦法自我修復，很快就會全盤瓦特，特別是要經常和外界接觸的皮膚。人體每年要更新數兆細胞，靠的都是幹細胞，而不是面膜。

幹細胞有個很重要的特徵，那就是它們需要缺氧環境才能保持不分化的狀態，一旦接觸氧氣它們就會不可控制地嘭嘭嘭變成其他細胞。想想看祖國的花朵還沒有好好學習就在一夜之間全部長大成人，瞬時變成老齡社會的場景。

為了給幹細胞保鮮，就需要把它們儲存在低氧的地方，比如骨髓裡面。所以給白血病人捐骨髓造血幹細胞就需要在骨髓里鑽洞。

如果不能保護好乾細胞，那麼氧氣滿滿的寒武紀就相當於一個毒氣室，生物很快就會GG。

比如，本來生活在缺氧的深海的埃迪卡拉動物群（Ediacaran fauna）或許就是因為受不了氧氣變多的寒武紀而滅亡的。

埃迪卡拉動物群

所以，厭氧的生物是如何在寒武紀保存自己的幹細胞的呢？

你可以想像，如果沒有保護幹細胞的特殊技巧，厭氧生物就只能躲在低氧的環境里，比如水底。一旦環境里氧氣變多，它們的幹細胞就會不受控制地分化。

但是，保護幹細胞的特殊技巧出現了，那就是一種叫做缺氧誘導因子-2α（HIF-2α）的蛋白質。缺氧誘導因子-2α可以為幹細胞編織一個虛假的夢想，讓幹細胞以為自己在低氧的環境里。

有了缺氧誘導因子-2α，生物就相當於有了一台幹細胞冰箱，就可以在寒武紀里充分地適應氧氣，變得更大更快更強。

因此現在有人認為（一個假說），寒武紀大爆發的本質原因就在於缺氧誘導因子-2α的出現。缺氧誘導因子-2α出現在運輸氧氣的血紅細胞之前，而不是之後，就是一項關鍵的證據。

由於缺乏缺氧誘導因子-2α，無脊椎動物的許多習性就能得到解釋。

所有的脊椎動物，比如人類還有貓狗都有缺氧誘導因子-2α，而所有無脊椎動物（比如昆蟲）的身體里就沒有。

對無脊椎動物來說，氧氣是一種會呼吸的痛。它們的身體里沒有幹細胞冰箱，只能靠缺氧的環境保護幹細胞。

如果你留心觀察的話會發現，靜止不動的昆蟲身體上的氣管開口（相當於它們的鼻子）幾乎是閉著的，不常打開。這種令人窒息的操作，或許是為了它們的幹細胞續命。

紅點就是昆蟲體表的氣管開口，它們就是靠這些開口呼吸

另外，大部分昆蟲還有蝸牛一類的無脊椎動物的幼蟲都是在地下度過的，或許也是為了在細胞劇烈分化的幼年為珍貴的幹細胞製造缺氧環境。

不幸的是，缺氧誘導因子-2α很可能也讓脊椎動物的癌症變得更加無敵。

這是因為腫瘤里也有幹細胞，而脊椎動物的腫瘤能任性增殖的一大因素或許就在於它們綁架了缺氧誘導因子-2α，籠絡了幹細胞，讓自己可以在高低氧氣環境中愉快生長。

學會了呼吸氧氣後，癌症也變得強大了起來。無脊椎動物雖然因為幹細胞不易保存而容易衰老，但是它們的腫瘤或許也因此不會那麼囂張。

有了這個缺氧誘導因子-2α保護幹細胞的假說，許多電影中對怪獸的設定就變得很合理了。

比如在2014年《哥斯拉》中，巨型怪獸「穆透」以蟲蛹的形態蟄伏在缺氧的地底，這很有可能是因為它們像昆蟲一樣缺乏缺氧誘導因子-2α，無法長時間應付地表的氧氣，因此在缺氧環境中保存幹細胞以期待東方再起。

來自深海的哥斯拉

哥斯拉也是。哥斯拉從海底出現，打敗「穆透」後又迅速潛入深海功成身退，很可能也是由於缺乏缺氧誘導因子-2α而懼怕氧氣，不敢在地表放縱太久。

懼怕氧氣的設定也在電影《環太平洋》中出現了。

曾經在大約2億年前的三疊紀造訪地球的開菊獸（日語發音是開菊）為什麼沒有在那個時候拿下地球？因為那時候地球含氧量很高，讓它們無法適應，所以開菊獸選擇在人類工業文明排出大量二氧化碳後再次嘗試統治地球。以上是電影自己說的。

環太平洋中的先驅者開菊獸，長得就像紅螳螂。

所以為什麼開菊獸受不了太多氧氣？

從開菊獸的類似於無脊椎動物的身體構造就可以看出，它們不能適應高氧的地球很可能也是因為缺乏缺氧誘導因子-2α，無法在2億年前的地球氧氣中保護自身的幹細胞。

環太平洋中的二級怪獸惡魔女巫（Onibaba），長得像一種大家常吃的無脊椎動物——帝王蟹。當然，無脊椎動物都缺乏缺氧誘導因子-2α。

工業文明後，二氧化碳含量驟增，氧氣含量相對下降，反而對它們比較有利。開菊獸對氧氣的敏感度也可以從它們選擇蟲洞的地點看出來。

來自外星的開菊獸和地球對接的蟲洞通道選在深海的海底——一個多麼缺氧的地方！

因此，殺死開菊獸的最有效武器或許並不是氪金重型機甲，而是制氧機。

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圖片來源：Vaping Daily, AA Ireland, NBC News

參考資料：

Hammarlund, E. U., von Stedingk, K., & P?hlman, S. (2018). Refined control of cell stemness allowed animal evolution in the oxic realm. Nature ecology & evolution, 1.

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-01/uosd-nho011618.php

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20059947

http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/evolution/cancer-tumors-could-help-explain-the-explosion-of-life-on-earth/

https://www.quantamagazine.org/oxygen-and-stem-cells-reshaped-animals-during-the-cambrian-explosion-20180307/

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