大脑运转靠的是葡萄糖，一种存在于血液中的糖，也是身体的主要能量来源。一旦这种燃料耗尽，神经活动会迅速崩溃。但美国牛蛙（学名 Aquarana catesbeiana）拥有一套令人意外的生物学备份方案。
当葡萄糖供应减少时，牛蛙的大脑可以依赖另一种能量来源来维持重要的神经功能。这种能量来源叫做酮体，大多数动物在禁食、饥饿或长时间运动导致血糖水平下降时，会在肝脏中产生这种能量分子。
营养匮乏时，肝脏把脂肪酸转化为酮体，血液再将这些酮体运送到大脑等器官。但牛蛙能够在大脑中直接产生酮体，不必完全依赖肝脏。根据密苏里大学（University of Missouri）生物学家 Joseph Santin 的说法，这种本地生产至少可以暂时在没有葡萄糖的情况下维持大脑活动。Santin 是一项近期发表在《PNAS》期刊上的研究的第一作者。
“像发现楼里藏着一台备用发电机”
“科学家普遍认为酮体是从身体其他部位输送到大脑的，”Santin 在一份声明中说。“这正是这项发现令人兴奋的地方。这就像发现一栋所有人都以为只有一个电源的建筑里，竟然藏着一台备用发电机。”
这些结果也揭示了这些两栖动物如何度过每年类似冬眠的状态——那时它们的新陈代谢减慢，能量储备被耗尽。大脑局部的酮体生产，可能是牛蛙在春天（氧气和能量供应都很低时）能够迅速重新激活控制身体功能的关键脑回路的原因之一。
“因为夏秋季节的青蛙通常用葡萄糖为大脑供能，它们能够完全切换到酮体这类脑源性能量来源，这与‘成年大脑需要持续葡萄糖供应和代谢’的教条相悖，”Santin 对《Popular Science》解释道。
切换开关是什么，能撑多久
研究团队现在好奇的是，是什么促使牛蛙切换到这种应急能量供应，以及它们能依赖这种方式多久。他们认为这种变化不是永久性的——它似乎是一套可靠的备用系统，让大脑在葡萄糖不再够用时继续运转。
由于牛蛙和人类实际上拥有许多相同的基础生物学过程，这项研究也可能为人类大脑提供洞见。
“许多神经系统疾病，比如 ALS、帕金森病和阿尔茨海默病，都涉及葡萄糖代谢的问题，这意味着虽然这些疾病的根本原因不同，但它们都涉及大脑典型能量支持系统的问题，”Santin 说。“我们相信，理解让大脑降低能量需求并仍保持性能的细胞和分子生物学机制，有朝一日可能有助于治疗各种神经系统疾病，我们把这类结果视为一张路线图的早期阶段，它将帮助弄清楚这件事。”
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