Žmogaus skeletas evoliucionavo kitaip nei beždžionių – nauji genetiniai duomenys paaiškina dalį skirtumų

Sekite TechNaujienos Google

Žmogaus gebėjimas vaikščioti stačiomis priklauso nuo išskirtinių skeleto savybių. Tačiau mokslininkams ilgą laiką buvo sunku paaiškinti, kurie genų reguliavimo pokyčiai padėjo susiformuoti tokiems kaulams bei kremzlėms. Naujas žurnale „Nature“ pristatytas tyrimas nagrinėja būtent šiuos evoliucinius skirtumus, naudodamas ląstelių ir genetinės analizės metodus.

Spalio 15 dienos žurnalo „Nature“ publikacijoje tyrėjai lygina žmogaus ir kitų žmogbeždžionių skeleto audinių genų reguliavimo ypatumus. Analizuotos kremzlinės ląstelės – chondrocitai – ir DNR sritys, lemiančios genų aktyvumą, siekiant geriau suprasti anatominius evoliucijos skirtumus.

Vien genų sekos palyginimas nevisada pakankamas. Du organizmai gali turėti daug panašių genų, tačiau jie aktyvuojami skirtingu laiku, skirtinguose audiniuose arba nevienodu intensyvumu. Tokie genų reguliavimo skirtumai gali paveikti augimą bei anatomiją, net kai pagrindinės baltymus koduojančios sekos yra artimos.

Tyrėjai išanalizavo daugiau nei pusę milijono žmogaus kilmės genetinių pakitimų reguliacinėse DNR srityse. Šis mastas svarbus, nes sudėtingi anatominiai požymiai paprastai nėra susiję su vienu genetiniu jungikliu. Vietoj to juos gali lemti daugelio silpnai veikiančių reguliavimo pokyčių suma. Tokia analizė leidžia ieškoti bendrų biologinių kelių, kurie galėjo būti svarbūs evoliucijai.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 16 minučių

NASA zondas padėjo atrasti naują Saulės vėjo reiškinį – magnetiniai sūkuriai didėja netikėtu masteliu

4 min. skaitymo • prieš 36 minutės

Sukurtas „gyvas“ robotų audinys, kuris pats susiderina į vieną ritmą – fizikai kalba apie laiko kristalą

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Mikroplastikas vandenyje gali skatinti netikėtas chemines reakcijas – mokslininkai keičia požiūrį

Visi naujausi straipsniai →

Moksliniame darbe taip pat aprašytos žmogaus ir kitų žmogbeždžionių ląstelių palyginimo sistemos. Jos padeda nustatyti, ar skirtingai veikiantis genas susijęs su pačios DNR reguliavimo srities pokyčiu, ar su kitais ląstelės aplinkos veiksniais. Ši skirtis ypač svarbi, kai lyginami artimi, bet evoliuciškai atsiskyrę organizmai.

Vienas ryškiausių rezultatų susijęs su glikozaminoglikanais – medžiagomis, svarbiomis kremzlės savybėms. Tyrėjai nustatė, kad kai kuriuose žmogaus sąnarių audiniuose jų kiekis maždaug tris kartus mažesnis nei tirtų žmogbeždžionių. Tai potencialiai gali padėti aiškinti didesnį žmonių polinkį į kai kurias degeneracines skeleto ligas, tačiau individualios ligos rizikos taip apskaičiuoti negalima.

Žmogaus gyvenimo trukmė, kūno masė ir kasdienis fizinis krūvis taip pat gali paveikti sąnarių sveikatą. Todėl net ir atradus reikšmingą evoliucinį biologinį skirtumą negalima teigti, kad jis vienas paaiškina visą artrito ar nugaros skausmo statistiką. Mokslininkams reikės tolesnių funkcinių bei klinikinių tyrimų.

Tyrime naudoti genetinės analizės metodai suteikia galimybę tirti ne tik paveldimos informacijos skirtumus, bet ir jų funkcinį poveikį ląstelėms. Tai svarbu, nes daugelis žmogaus ir kitų žmogbeždžionių genomų skirtumų gali turėti mažą arba konteksto priklausomą poveikį. Norint susieti juos su konkrečiu skeleto požymiu, reikia integruoti biologinius bandymus ir statistinę analizę.

Šis tyrimas taip pat leidžia iškelti platesnį klausimą apie evoliucinius kompromisus. Prisitaikymas vaikščioti stačiomis suteikė žmogaus protėviams judėjimo pranašumų, tačiau mūsų kūno sandara kai kuriomis sąlygomis gali būti jautresnė apkrovoms. Vis dėlto evoliucinis paaiškinimas neturėtų būti painiojamas su teiginiu, kad kiekvienas žmogus dėl tų pačių genų būtinai susirgs sąnarių liga.

Ką rodo tyrimas

Tyrėjai analizavo didelį kiekį genetinės informacijos ir siekė sukurti žmogui būdingų reguliavimo pokyčių atlasą. Tokia informacija naudinga rekonstruojant ilgą evoliucinį procesą, tačiau ji savaime neparodo, kaip tiksliai atrodė kiekvienas senovinis protėvis.

Ėjimas dviem kojomis pakeitė apkrovų pasiskirstymą stubure, klubuose, keliuose ir pėdose. Tokie prisitaikymai suteikė judėjimo pranašumų, bet kartu gali būti susiję su tam tikromis skeleto problemomis. Tyrėjai atkreipė dėmesį į genų reguliavimo pokyčius, galinčius turėti reikšmės sąnarių audinių savybėms.

Straipsnyje aptariamas galimas glikozaminoglikanų biosintezės slopinimas žmogaus skeleto ląstelėse. Šios medžiagos svarbios audinių struktūrai, todėl jų gamybos skirtumai gali padėti kelti hipotezes apie sąnarių degeneracijos riziką. Tačiau vien molekulinis signalas nėra pakankamas pagrindas nustatyti individualią žmogaus ligos tikimybę.

Genų reguliavimo tyrimai gali būti sudėtingi, nes rezultatams įtakos turi ląstelių auginimo sąlygos ir pasirinkti analizės metodai. Dėl to mokslininkai siekia derinti kelis būdus, kad išvados būtų tvirtesnės. Nauji duomenys suteikia hipotezių, kurias reikės tikrinti papildomais biologiniais bandymais.

Ko dar nežinome

Tokie tyrimai neturėtų būti suprantami kaip vieno ‘vaikščiojimo geno’ atradimas. Žmogaus skeleto forma susiformavo veikiant daugeliui genetinių, vystymosi ir aplinkos veiksnių. Viena DNR sritis gali turėti nedidelį, bet svarbų poveikį platesniame tinkle.

Šio darbo reikšmė – geresnis supratimas, kaip žmogaus biologija tapo kitokia nei artimiausių evoliucinių giminaičių. Kartu tai primena, kad evoliuciniai prisitaikymai gali turėti ir kompromisų, tačiau konkrečias sveikatos pasekmes reikia tirti atskirai.