二百萬到三百萬年前，單一基因的功能喪失引發(fā)了一系列重大變化，最終成為現(xiàn)代人類物種，從生育率到增加吃紅肉的癌癥風(fēng)險(xiǎn)等一切都在改變。

在9月12日出版的“英國皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B”上發(fā)表的一篇新論文中，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的研究人員報(bào)告了對(duì)缺乏相同基因的小鼠的研究，稱為CMAH，結(jié)果數(shù)據(jù)表明失去的基因也可能有助于人類有充分證據(jù)表明自己是動(dòng)物界最好的長跑運(yùn)動(dòng)員之一。

在CMAH突變出現(xiàn)的大致同一時(shí)間，人類祖先正在從森林居民轉(zhuǎn)變?yōu)樯睿饕窃诜侵薷珊档拇蟛菰?。?dāng)他們已經(jīng)直立行走時(shí)，這些早期原始人的身體和能力正在發(fā)生巨大變化，特別是骨骼生物力學(xué)和生理學(xué)的重大變化導(dǎo)致長而有彈性的腿，大腳，強(qiáng)大的臀肌和擴(kuò)張的汗腺系統(tǒng)能夠比其他大型哺乳動(dòng)物更有效地散熱。

科學(xué)家們說，這種變化有助于推動(dòng)人類相對(duì)不知疲倦地長距離運(yùn)行的能力的出現(xiàn)，允許祖先在其他食肉動(dòng)物休息的當(dāng)天炎熱中捕食并追捕獵物，這種技術(shù)稱為持久性狩獵。

“我們?cè)?0多年前發(fā)現(xiàn)了人類和我們最親近的生活進(jìn)化親戚，黑猩猩之間的第一個(gè)明顯的遺傳差異，”資深作者，醫(yī)學(xué)博士，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)和細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)杰出教授Ajit Varki說。醫(yī)學(xué)和UC San Diego / Salk人類學(xué)學(xué)術(shù)研究和培訓(xùn)中心的聯(lián)合主任。

鑒于突變的大致時(shí)間及其對(duì)具有相同突變的小鼠模型的生育能力的記錄，Varki和人類學(xué)和病理學(xué)教授Pascal Gagneux博士開始研究遺傳差異如何促成起源的智人，包括現(xiàn)代屬智人和已滅絕的物種像能人與直立人。

“由于小鼠也更容易出現(xiàn)肌肉萎縮癥，我有一種預(yù)感，有增加的長跑和耐力的連接智人，”瓦爾基說，“但我對(duì)這個(gè)問題沒有專業(yè)知識(shí)，無法說服任何人在我的實(shí)驗(yàn)室里組織這個(gè)長期實(shí)驗(yàn)。“

最終，一位名叫Jon Okerblom的研究生接手了這項(xiàng)任務(wù)，制造了鼠標(biāo)跑輪和借用鼠標(biāo)跑步機(jī)。“我們?cè)u(píng)估了運(yùn)動(dòng)能力(缺乏CMAH基因的小鼠)，并注意到在跑步機(jī)測試期間和自愿輪胎運(yùn)行15天后性能提高，”該研究的第一作者Okerblom說。研究人員隨后咨詢了加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)系生理學(xué)研究科學(xué)家Ellen Breen博士，他補(bǔ)充說，這些小鼠表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗疲勞能力，線粒體增加。呼吸和后肢肌肉，有更多的毛細(xì)血管，以增加血液和氧氣供應(yīng)。

Varki說，數(shù)據(jù)表明CMAH的損失有助于提高骨骼肌的氧利用能力。“如果調(diào)查結(jié)果轉(zhuǎn)化為人類，他們可能已經(jīng)為早期原始人類提供了從樹木到開放范圍內(nèi)成為永久性狩獵采集者的選擇優(yōu)勢(shì)。”

當(dāng)CMAH基因在二百萬到三百萬年前在人類中發(fā)生突變時(shí)，也許是為了應(yīng)對(duì)古老病原體引起的進(jìn)化壓力，它改變了后來的原始人和現(xiàn)代人使用唾液酸的方式 - 唾液酸是一個(gè)覆蓋表面的糖分子家族。所有動(dòng)物細(xì)胞，它們作為與其他細(xì)胞和周圍環(huán)境相互作用的重要接觸點(diǎn)。

人類突變導(dǎo)致稱為N-乙酰神經(jīng)氨酸(Neu5Gc)的唾液酸的損失，以及其前體的累積，稱為N-乙酰神經(jīng)氨酸或Neu5Ac，其僅相差一個(gè)氧原子。

這種看似微小的差異幾乎影響到人體內(nèi)的每一種細(xì)胞類型，并且已被證明是混合的祝福。Varki和其他人已將CMAH基因和唾液酸的損失聯(lián)系起來，不僅提高了長跑能力，而且提高了早期原始人類的先天免疫力。唾液酸也可能是癌癥風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物。

相反，他們還報(bào)告說某些唾液酸與2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān);可能導(dǎo)致與紅肉消費(fèi)相關(guān)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)升高;并引發(fā)炎癥。

“他們是一把雙刃劍，”瓦爾基說。“一個(gè)遺失的基因和一個(gè)小的分子變化的后果似乎已經(jīng)深刻地改變了人類生物學(xué)和能力回到我們的起源。”