Long Distance Running Experiment kan de genetische oorsprong van de mensheid onthullen

Maandenlang heeft een team van onderzoekers in San Diego gekeken naar genetisch gemanipuleerde muizen.

De wetenschappers proberen de effecten te ontdekken van een klein gen dat al miljoenen jaren niet goed heeft gewerkt bij mensen. De muizen zijn onlangs klaar met hun workouts en de resultaten zijn gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society B, suggereren dat dit genetische detail niet alleen mensen tot de beste lopers maakt, het kan mogelijk ook een belangrijke rol spelen in onze eigen evolutie.

Er zijn veel theorieën over welke kenmerken verschillende menselijke voorouders uit het peloton onderscheiden. Je kunt zelfs zeggen dat ze paddo's hebben gebruikt en uitgezocht hebben welke hulpmiddelen ze gebruiken. Afstand die met een gematigd tempo loopt (ook wel de 'uithoudingsvermogenhypothese' genoemd) is een andere theorie, omdat het een van de weinige fysieke dingen is waar mensen goed in lijken te zijn, legt Ajit Varki, Ph.D., de senior auteur van het onderzoek uit en een professor in de cellulaire en moleculaire geneeskunde aan de Universiteit van Californië, San Diego.

Varki's paper presenteert een theorie rond één cruciale genetische verandering waarvan hij gelooft dat het onze spieren de kracht gaf om die afstanden af ​​te leggen en een groot deel van de wereld te koloniseren. Het is geen gen, maar een deletie van een cruciaal DNA dat iemand nutteloos maakt. Dit artikel suggereert dat dit kreupel gen, genaamd CMAH, ongeveer twee miljoen jaar geleden plaatsvond, ongeveer hetzelfde toen een handvol vroege menselijke voorouders begonnen Afrika te verlaten.

"Twee miljoen jaar geleden komt deze afstamming tevoorschijn Homo die ons uiteindelijk heeft doen ontstaan. Ze hadden waarschijnlijk sterke spieren zoals vroege moderne mensen, en ze zijn waarschijnlijk begonnen met rennen en jagen en allerlei dingen doen, "vertelt Varki omgekeerde. "Dus merkten we het toeval: dat onze mutatie waarschijnlijk rond dezelfde tijd gebeurde."

De genetische oorsprong van Homo ?

Tegenwoordig hebben moderne mensen nog steeds geen functionerend CMAH-gen, maar veel andere wezens van koeien tot chimpansees wel. Toen Varki dit gen uitschakelde bij muizen met spierdystrofie, merkte hij dat ze ongewoon menselijke symptomen van de ziekte vertoonden. Maar ze waren ook goed in een ander duidelijk menselijk kenmerk: afstand lopen.

"Dus een afstudeerstudent greep een loopband en we probeerden het uit," zegt hij. "Laag en zie, de muizen klommen regelrecht uit de doos. Zelfs zonder training waren ze al beter in het rennen dan de originele muizen."

De muizen zonder CMAH hadden 30 procent meer uithoudingsvermogen dan de controlepopulatie. Gemiddeld liepen ze 20 procent verder en 12 procent sneller.

Hij merkte ook een ander belangrijk aspect op dat volgens hem zijn zaak versterkt, dat het verliezen van CMAH heeft bijgedragen aan het versterken van het belang van afstand lopen in de menselijke evolutie. Muizen met uitgevallen CMAH zagen de vruchtbaarheid vermindert met muizen die nog steeds het gen hadden. Kortom, ze waren veel succesvoller fokken met andere muizen zonder CMAH. Als dit effect miljoenen jaren geleden in mensen voorkwam, heeft het mogelijk geholpen de deletie in de populatie te herstellen, waardoor er een aanhoudende genetische verandering is ontstaan ​​die tot op de dag van vandaag bestaat.

"Als we die twee dingen samenvoegen, maar we zijn nog steeds op zoek naar exact bewijs hiervan, suggereert dit dat dit de oorsprong is van het geslacht homo", voegt hij eraan toe. “

Maar vandaag voegt Vary eraan toe dat deze schrapping een tweesnijdend zwaard is. Hoewel de muizen met CMAH-deleties uitstekende atleten waren, waren ze ook gevoelig voor diabetes voor een veel voorkomende ziekte die mensen tegenwoordig treft. Zelfs bij de basislijn hadden deze muizen hoge bloedglucosespiegels, een van de belangrijkste risicofactoren van de ziekte.

"Het blijkt dat deze muizen meer vatbaar zijn voor diabetes type II, zegt hij. Iedereen vindt diabetes een heel slechte zaak. Maar als je door een periode van uithongering leeft, is het geen slecht idee om je glucosewaarden op peil te houden."

Tegenwoordig is dat niet langer het geval, maar de schrapping blijft bestaan, misschien een voormalig evolutionair voordeel dat een moderne vloek is geworden.

Een aanwijzing in de cellulaire suikerketen

Het functionele verlies van CMAH in zowel deze muizen als de mens zorgt voor een verandering in de manier waarop spieren zuurstof verwerken, waardoor ze beter bestand zijn tegen vermoeidheid. Het experiment van Varki toonde dit aan: muizen met CMAH bereikten drie minuten na een gedwongen test de spiervermoeidheid, terwijl die zonder het gen gemiddeld zeven minuten duurden.

Maar hij merkt ook op dat CMAH effecten heeft op elke cel in het lichaam niet alleen spiercellen. Het beïnvloedt met name een "dicht bos" van suikerketens die op elke cel liggen. Het vormen van de laatste schakel van deze ketens zijn siasaïnezuren. Veel wezens in de wereld produceren twee types van siasalische zuren omdat ze het ene type naar het andere kunnen omzetten via een enzym (een moleculaire werker die dingen in het lichaam laat gebeuren) geproduceerd door het CMAH-gen. Maar mensen kan niet maakt deze conversie mogelijk.

"Bij de mens hebben we het vermogen verloren om de eerste soort in de tweede soort om te zetten", legt hij uit. "Dus we zijn meer dan één soort en missen het andere soort. En dat klinkt als een subtiel iets, maar deze siaalzuren waarvan ik zeker ben, hebben zoveel functies."

Dit kleine biochemische verschil heeft geen directe invloed op hoe onze spieren zuurstof verwerken, maar het is hoe het team van Varki naar bewijs zal zoeken om zijn hypothese te ondersteunen dat dit gen een onderbouwing van het geslacht is Homo in het fossielenarchief. Dit siasalic zuur dat mensen in overvloed hebben laat een moleculair spoor na: een metaboliet die kan overleven in fossielen. De volgende stap is om te zien wanneer we in het fossielenarchief hogere niveaus van die moleculaire rode haring beginnen te zien.

Het is een eenvoudig spelletje detectivewerk, als hij de paar kostbare exemplaren die we hebben in handen krijgt en dit onderzoek kan uitvoeren in een onderzoek op een niet-destructieve manier. Tha zei dat dit experiment ook moet worden gerepliceerd - de muisversie van CMAH zou immers kunnen verschillen van de menselijke versie.

"Het is gewoon een van die ingevingen waar alles past," voegt hij eraan toe. "Maar het bewijs moet komen van het daadwerkelijk kijken naar fossielen."

Zelfs als hij zijn evolutionaire hypothese niet kan bevestigen, hebben zijn experimentele resultaten een belangrijk feit onthuld: zelfs als je een hekel hebt om te rennen, geven je genen er waarschijnlijk beter aan dan je denkt.