Long Distance Running Experiment kan avsløre den genetiske opprinnelsen til menneskeheten

I flere måneder har et team av forskere i San Diego sett på genetisk utviklede mus som trener.

Forskerne prøver å avdekke effektene av et lite gen som ikke har fungert riktig hos mennesker i millioner av år. Musene avsluttet nylig sine treningsøkter og resultatene, publisert i Det kongelige samfunns handlinger B, foreslår at denne genetiske detalj ikke bare gjør mennesker til gode løpere, det kan potensielt spille en viktig rolle i vår egen utvikling.

Det er mange teorier om hvilke funksjoner differensierte menneskelige forfedre fra pakken. En har selv det at de brukte magiske sopp og funnet ut hvilke verktøy som skal brukes. Avstand som kjører i et moderat tempo (også kalt "utholdenhetsløpshypotesen") er en annen teori, fordi det er en av de få fysiske tingene som mennesker synes å være gode til, forklarer Ajit Varki, Ph.D., studiens seniorforfatter og professor i cellulær og molekylær medisin ved University of California, San Diego.

Varkis papir presenterer en teori som er sentrert rundt en en viktig genetisk forandring som han mener som ga musklene vår mulighet til å kjøre disse avstandene og kolonisere mye av verden. Det er ikke et gen, men heller en sletting av noe avgjørende DNA som gjør en ubrukelig. Dette papiret antyder at dette krympede genet, kalt CMAH, skjedde for omtrent to millioner år siden, omtrent det samme da håndfullene av tidlige menneskelige forfedre begynte å forlate Afrika.

"For to millioner år siden dukker opp denne linjen som heter homo som til slutt ga oss opphav. De hadde sannsynligvis sterke muskler som tidlig moderne mennesker, og de begynte sannsynligvis å løpe og jakte og gjøre alle slags ting, sier Varki. Omvendt. "Så vi la merke til tilfeldighetene: at mutasjonen vår trolig skjedde rundt samme tid."

Den genetiske opprinnelsen til homo ?

I dag har moderne mennesker fortsatt ikke et fungerende CMAH-gen, men mange andre skapninger fra kyr til sjimpanser gjør. Da Varki slått ut CMAH dette genet ut i mus med muskeldystrofi, la han merke til at de utviste ukarakteristisk menneskelige symptomer på sykdommen. Men de var også gode på et annet klart menneskelig trekk: avstands løp.

"Så en studiestudent tok en tredemølle og vi prøvde det," sier han. "Litt og se, musene klatret rett ut av esken. Selv uten trening, var de allerede bedre på å kjøre enn de opprinnelige musene."

Musene uten CMAH hadde 30 prosent større løpende utholdenhet enn kontrollpopulasjonen. I gjennomsnitt løp de 20 prosent lenger, og 12 prosent raskere.

Han la også merke til et annet viktig aspekt som han mener styrker sin sak at tap av CMAH bidro til å sementere betydningen av avstand som kjører i menneskelig evolusjon. Mus med CMAH slått ut så fruktbarheten avtar med mus som fortsatt hadde genet. Kort sagt var de langt mer vellykkede avl med andre mus uten CMAH. Hadde denne effekten oppstått hos mennesker for millioner av år siden, kan det ha bidratt til å fikse slettingen i befolkningen, og skape en vedvarende genetisk forandring som eksisterer for denne dagen.

"Hvis vi setter disse to tingene sammen, men vi fortsatt ser etter eksakte bevis på dette, antyder dette at dette er opprinnelsen til slekten homo," tilføyer han. “

Men i dag legger Vary til at denne slettingen er et dobbeltkantet sverd. Selv om musene med CMAH-slettinger var ypperlige idrettsutøvere, var de også utsatt for diabetes til en vanlig sykdom som påvirker mennesker i dag. Selv ved baseline hadde disse musene høye blodsukkernivåer, en av sykdommens ledende risikofaktorer.

"Det viser seg at disse musene er mer utsatt for type II-diabetes, sier han. Alle tenker på diabetes som en virkelig dårlig ting. Men hvis du lever gjennom en periode med sult, er det ikke en dårlig ide å holde glukosenivåene oppe."

I disse dager er det ikke lenger tilfelle, men slettingen forblir, kanskje en tidligere evolusjonær fordel som har blitt en moderne forbannelse.

En anelse i den cellulære sukkerkjeden

Det funksjonelle tapet av CMAH i begge disse musene og menneskene skaper en forandring i måten musklene behandler oksygen, noe som gjør dem mer motstandsdyktige mot tretthet. Varki eksperiment viste dette: mus med CMAH nådde muskelmasse tre minutter i en tvunget løpstest, mens de uten genet var i gjennomsnitt syv minutter.

Men han merker også at CMAH har effekter på hver celle i kroppen ikke bare muskelceller. Spesielt påvirker det en "tett skog" av sukkerkjeder som ligger på hver celle. Å danne den siste lenken til disse kjedene er siasalinsyrer. Mange skapninger i verden produserer to typer av siasalsyrer fordi de kan konvertere en type til den andre gjennom et enzym (en molekylær arbeidstaker som gjør at ting skjer i kroppen) produsert av CMAH-genet. Men mennesker kan ikke gjør denne konverteringen skje.

"På mennesker har vi mistet muligheten til å konvertere den første typen til den andre typen," forklarer han. "Så vi er slags over en slags, og mangler den andre typen. Og det høres ut som en subtil ting, men disse sialinsyrene, jeg er så sikker på, har så mange funksjoner."

Denne lille biokjemiske forskjellen har ikke direkte innflytelse på hvordan musklene våre behandler oksygen, men det er hvordan Varkis lag skal søke etter bevis for å støtte sin hypotese at dette genet er en underbygging av slekten homo i fossilregistreringen. Denne siasalsyre som mennesker har i overflod, etterlater seg et molekylært spor: en metabolitt som kan overleve i fossiler. Det neste trinnet er å se når i fossilregistreringen begynner vi å se høyere nivåer av den molekylære røde silden.

Det er et enkelt spill av detektivarbeid, hvis han kan få hendene på de få, dyrebare prøvene vi må og utføre denne forskningen i en forskning på en ikke-destruktiv måte. Tha sa at dette eksperimentet også må replikeres - musen versjonen av CMAH kan avvike fra den menneskelige en tross alt.

"Det er bare en av de hunches hvor alt passer," legger han til. "Men beviset må komme fra å faktisk se på fossiler."

Selv om han ikke kan bekrefte sin evolusjonære hypotese, har hans eksperimentelle resultater avslørt et viktig faktum: Selv om du hater å løpe, indikerer dine gener sannsynligvis bedre på det enn du tror.