Langstreckenlauf-Experiment kann die genetischen Ursprünge der Menschheit offenbaren

Seit Monaten beobachtet ein Forscherteam in San Diego, wie gentechnisch veränderte Mäuse trainiert werden.

Die Wissenschaftler versuchen die Auswirkungen eines winzigen Gens aufzudecken, das beim Menschen seit Millionen von Jahren nicht richtig funktioniert hat. Die Mäuse beendeten kürzlich ihr Training und die Ergebnisse, die in veröffentlicht wurden Verfahren der Royal Society B Ich denke, dieses genetische Detail macht den Menschen nicht nur zu großen Läufern, er könnte auch eine wichtige Rolle in unserer eigenen Evolution spielen.

Es gibt viele Theorien darüber, welche Merkmale menschliche Vorfahren von der Gruppe unterschieden. Man hat sogar gesagt, dass sie Zauberpilze verwendeten und herausfanden, welche Werkzeuge sie verwenden sollten. Das Distanzrennen mit mäßigem Tempo (auch als „Ausdauer-Laufhypothese“ bezeichnet) ist eine andere Theorie, da dies eines der wenigen physischen Dinge ist, bei denen der Mensch gut zu sein scheint, erklärt Dr. Ajit Varki, der leitende Autor der Studie und Professor für Zell- und Molekülmedizin an der University of California, San Diego.

Varkis Arbeit stellt eine Theorie vor, die sich auf eine entscheidende genetische Veränderung konzentriert, von der er glaubt, dass sie unseren Muskeln die Kraft gab, diese Entfernungen zu überwinden und einen Großteil der Welt zu besiedeln. Es ist kein Gen, sondern eine Deletion einer wichtigen DNA, die eine nutzlos macht. Dieses Papier legt nahe, dass dieses verkrüppelte Gen, CMAH genannt, vor ungefähr zwei Millionen Jahren vorkam, etwa zu dem Zeitpunkt, zu dem Handvoll früher menschlicher Vorfahren begann, Afrika zu verlassen.

„Vor zwei Millionen Jahren taucht diese Linie auf Homo das hat uns letztendlich Anlass gegeben. Sie hatten wahrscheinlich starke Muskeln wie die Menschen der frühen Neuzeit, und sie rannten und jagten und machten alle möglichen Dinge “, erzählt Varki Inverse. "Wir haben also den Zufall bemerkt: dass unsere Mutation wahrscheinlich zur selben Zeit passiert ist."

Der genetische Ursprung von Homo ?

Heutzutage haben moderne Menschen noch kein funktionierendes CMAH-Gen, aber viele andere Kreaturen von Kühen bis zu Schimpansen tun dies. Als Varki dieses Gen bei Mäusen mit Muskeldystrophie CMAH auslöschte, bemerkte er, dass sie ungewöhnliche, menschenähnliche Symptome der Krankheit zeigten. Sie waren aber auch gut für ein anderes ausgesprochen menschliches Merkmal: das Distanzrennen.

„Ein Student hat sich also ein Laufband geschnappt und wir haben es probiert“, sagt er. „Tief und siehe da, die Mäuse kletterten direkt aus der Box. Auch ohne Training liefen sie schon besser als die ursprünglichen Mäuse. “

Die Mäuse ohne CMAH hatten eine um 30 Prozent längere Laufdauer als die Kontrollpopulation. Im Durchschnitt liefen sie um 20 Prozent und 12 Prozent schneller.

Er bemerkte auch einen weiteren wichtigen Aspekt, von dem er glaubt, dass er durch den Verlust von CMAH die Wichtigkeit von Distanzrennen in der menschlichen Evolution untermauert. Mäuse mit ausgeschiedenem CMAH sahen Fruchtbarkeit an sinkt mit Mäusen, die noch das Gen hatten. Kurz gesagt, sie waren weitaus erfolgreicher mit anderen Mäusen ohne CMAH zu züchten. Hätte dieser Effekt vor Millionen von Jahren bei Menschen stattgefunden, könnte dies dazu beigetragen haben, die Deletion in der Bevölkerung zu korrigieren und eine anhaltende genetische Veränderung zu schaffen, die bis heute existiert.

"Wenn wir diese beiden Dinge zusammenstellen, aber wir suchen immer noch nach genauen Beweisen dafür, deutet dies darauf hin, dass dies der Ursprung der Gattung Homo ist", fügt er hinzu. “

Heute fügt Vary hinzu, dass diese Streichung ein zweischneidiges Schwert ist. Obwohl die Mäuse mit CMAH-Deletionen hervorragende Athleten waren, neigten sie zu Diabetes zu einer häufigen Erkrankung, die heute Menschen betrifft. Selbst bei Studienbeginn hatten diese Mäuse einen hohen Blutzuckerspiegel, einen der Hauptrisikofaktoren der Krankheit.

"Es stellt sich heraus, dass diese Mäuse anfälliger für Typ-II-Diabetes sind", sagt er. Jeder hält Diabetes für eine wirklich schlechte Sache. Aber wenn Sie eine Hungersnot durchleben, ist es keine schlechte Idee, Ihren Blutzuckerspiegel hoch zu halten."

Heute ist das nicht mehr der Fall, aber die Streichung bleibt bestehen, vielleicht ein früherer evolutionärer Vorteil, der zu einem modernen Fluch geworden ist.

Ein Hinweis auf die zelluläre Zuckerkette

Der Funktionsverlust von CMAH bei diesen Mäusen und beim Menschen verändert die Art und Weise, wie Muskeln Sauerstoff verarbeiten, wodurch sie ermüdungsresistenter werden. Varkis Experiment zeigte dies: Mäuse mit CMAH erreichten drei Minuten nach dem Zwangstest die Muskelermüdung, während diejenigen ohne das Gen im Durchschnitt sieben Minuten hielten.

Er merkt aber auch an, dass CMAH Auswirkungen hat jede Zelle im Körper nicht nur Muskelzellen. Dies betrifft insbesondere einen "dichten Wald" von Zuckerketten, die auf jeder Zelle liegen. Das letzte Glied dieser Ketten bilden Siasalsäuren. Viele Kreaturen auf der Welt produzieren zwei Arten von Siasalsäuren, weil sie einen Typ durch einen vom CMAH-Gen produzierten Enzym (einen molekularen Arbeiter, der die Dinge im Körper passieren lässt) in einen anderen umwandeln können. Aber Menschen kippen macht diese Konvertierung möglich.

"Beim Menschen haben wir die Fähigkeit verloren, die erste Art in die zweite Art umzuwandeln", erklärt er. „Wir sind also mehr als eine Art und die andere Art fehlt. Und das klingt nach einer subtilen Sache, aber diese so genannten Sialinsäuren haben so viele Funktionen."

Dieser winzige biochemische Unterschied hat keinen direkten Einfluss darauf, wie unsere Muskeln Sauerstoff verarbeiten, aber Varkis Team wird nach Beweisen suchen, um seine Hypothese zu stützen, dass dieses Gen die Gattung unterstreicht Homo im Fossilienbestand. Diese Siasalsäure, die der Mensch in Hülle und Fülle hat, hinterlässt eine molekulare Spur: einen Metaboliten, der in Fossilien überleben kann. Der nächste Schritt ist zu sehen, wann im Fossilienbestand höhere Konzentrationen dieses molekularen roten Herings zu sehen sind.

Es ist ein einfaches Detektivspiel, wenn er die wenigen, kostbaren Exemplare, die wir haben müssen, in die Hände bekommen und diese Forschung zerstörungsfrei in einer Forschung durchführen kann. Das Experiment soll auch repliziert werden - die Mausversion von CMAH könnte sich doch von der menschlichen Version unterscheiden.

"Es ist nur eine der Mühen, auf die alles passt", fügt er hinzu. "Aber der Beweis muss darin bestehen, Fossilien tatsächlich zu betrachten."

Selbst wenn er seine Evolutionshypothese nicht bestätigen kann, haben seine experimentellen Ergebnisse eine wichtige Tatsache gezeigt: Selbst wenn Sie nicht gerne laufen, deuten Ihre Gene wahrscheinlich besser darauf hin, als Sie denken.