Το αρχαίο DNA μας μπορεί να διαμόρφωσε την αγάπη μας για το ψωμί, τα ζυμαρικά, το ρύζι και άλλους υδατάνθρακες. Γνωρίζουμε από καιρό ότι το είδος μας φέρει πολλαπλά αντίγραφα των γονιδίων που μας επιτρέπουν να αρχίσουμε να διασπώνουμε τους σύνθετους υδατάνθρακες στο στόμα μας. Αυτό το πρώτο βήμα στον μεταβολισμό των αμυλούχων τροφών έχει τεκμηριωθεί καλά, αλλά ήταν πιο δύσκολο να εντοπιστεί πώς και πότε αυξήθηκε ο αριθμός των γονιδίων που επεξεργάζονται τους υδατάνθρακες.
Νέα έρευνα δείχνει ότι οι πρώιμες επικαλύψεις του γονίδιο αμυλάσης του σάλιου (AMY1) μπορεί να ξεκίνησε πριν από περισσότερα από 800.000 χρόνια, πολύ πριν οι άνθρωποι αρχίσουν να καλλιεργούν. Αυτές οι επικαλύψεις άνοιξαν την πόρτα για τις ευρείες γενετικές παραλλαγές που εξακολουθούν να υπάρχουν σήμερα και μας βοηθούν να αφομοιώσουμε τα αμυλούχα τρόφιμα. Τα ευρήματα αναφέρονται αναλυτικά στο α μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 17 Οκτωβρίου στο προηγμένο διαδικτυακό τεύχος του περιοδικού Επιστήμη.
Όλα στην αμυλάση
Η αμυλάση είναι α πεπτικό ένζυμο που διασπά το άμυλο σε γλυκόζη που το σώμα μπορεί να χρησιμοποιήσει ως καύσιμο. Παράγεται στο πάγκρεας και στους σιελογόνους αδένες και επίσης δίνει στο ψωμί τη γεύση του.
«Η ιδέα είναι ότι όσο περισσότερα γονίδια αμυλάσης έχετε, τόσο περισσότερη αμυλάση μπορείτε να παράγετε και τόσο περισσότερο άμυλο μπορείτε να αφομοιώσετε αποτελεσματικά», ο συν-συγγραφέας της μελέτης και εξελικτικός ανθρωπολόγος του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο Omer Gokcumen. είπε σε δήλωση.
[Related: How farming helped humans evolve to get more energy from carbs.]
Στο μελέτηο Gokcumen χρησιμοποίησε οπτική χαρτογράφηση γονιδιώματος και μακροχρόνια αλληλουχία για τη χαρτογράφηση του Περιοχή γονιδίου AMY1. Τυπικά, οι μέθοδοι σύντομης ανάγνωσης αλληλουχίας έχουν δυσκολία να διακρίνουν με ακρίβεια τα αντίγραφα γονιδίων σε αυτήν την περιοχή επειδή οι αλληλουχίες τους είναι σχεδόν πανομοιότυπες. Παρατεταμένη αλληλουχία επέτρεψε στην ομάδα να εξετάσει τα γονίδια των σημερινών ανθρώπων και να δει μια σαφέστερη εικόνα του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκαν οι διπλασιασμοί AMY1 με την πάροδο του χρόνου.
Ανέλυσαν το γονιδίωμα 68 αρχαίων ανθρώπων, συμπεριλαμβανομένου ενός δείγματος 45.000 ετών από τη Σιβηρία. Είδαν ότι οι προ-γεωργικοί κυνηγοί-τροφοσυλλέκτες είχαν ήδη κατά μέσο όρο τέσσερα έως οκτώ αντίγραφα AMY1 ανά διπλοειδές κύτταρο. Αυτό υποδηλώνει ότι οι πρώτοι άνθρωποι στην Ευρασία είχαν ήδη ένα μεγάλη ποικιλία αντιγράφων AMY1 πολύ πριν αρχίσουν να εξημερώνουν φυτά όπως το σιτάρι και να αυξάνουν την πρόσληψη αμύλου.
Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι οι διπλασιασμοί του γονιδίου AMY1 συνέβησαν τόσο στους Νεάντερταλ όσο και στους Ντενίσοβαν.
“Αυτό υποδηλώνει ότι το γονίδιο AMY1 μπορεί να έχει αντιγραφεί για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 800.000 χρόνια, πολύ πριν οι άνθρωποι χωριστούν από τους Νεάντερταλ και πολύ πιο πίσω από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως”, δήλωσε ο Kwondo Kim, συν-συγγραφέας της μελέτης και υπολογιστικός βιολόγος στο The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. στο Κονέκτικατ, είπε σε δήλωση.
Σύμφωνα με την ομάδααυτοί οι αρχικοί διπλασιασμοί στο γονιδίωμά μας ήταν που έθεσαν τα θεμέλια για μεγάλες παραλλαγές στην περιοχή της αμυλάσης. Επέτρεψε στο είδος μας να προσαρμοστεί σε σημαντικές διατροφικές αλλαγές καθώς η κατανάλωση αμύλου αυξήθηκε δραματικά.
Έναρξη γενετικής παραλλαγής
Αυτός ο αρχικός διπλασιασμός του AMY1 ήταν σαν το πρώτο ντόμινο που έπεσε σε μια ακολουθία που δημιούργησε μια τεράστια γενετική ευκαιρία που θα συνέχιζε να διαμορφώνει το είδος μας. Καθώς οι άνθρωποι εξαπλώθηκαν σε θερμότερα και ψυχρότερα περιβάλλοντα με διαφορετικές πηγές τροφίμων, η ευελιξία στον αριθμό των αντιγράφων AMY1 τους επέτρεψε να προσαρμοστούν σε νέες δίαιτες, ιδιαίτερα σε αυτές που ήταν πλούσιες σε άμυλο.
«Μετά τον αρχικό διπλασιασμό, που οδήγησε σε τρία αντίγραφα AMY1 σε ένα κύτταρο, ο τόπος της αμυλάσης έγινε ασταθής και άρχισε να δημιουργεί νέες παραλλαγές», η συν-συγγραφέας της μελέτης και εξελικτική γενετιστής του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο Χαρίκλεια Καραγεωργίου. είπε σε δήλωση. «Από τρία αντίγραφα AMY1, μπορείτε να πάρετε μέχρι και εννέα αντίγραφα ή ακόμα και να επιστρέψετε σε ένα αντίγραφο ανά απλοειδές κύτταρο».
Η μελέτη δείχνει επίσης πώς η ίδια η γεωργία επηρέασε την παραλλαγή AMY1. Οι πρώτοι κυνηγοί-συλλέκτες είχαν πολλαπλά αντίγραφα γονιδίων, αλλά οι πρώτοι Ευρωπαίοι αγρότες είδαν μια αύξηση του μέσου αριθμού αντιγράφων AMY1 τα τελευταία 4.000 χρόνια. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στη διατροφή τους πλούσια σε άμυλο. Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι τα εξημερωμένα ζώα που ζουν δίπλα σε ανθρώπους έχουν επίσης υψηλότερο αριθμό αντιγράφων AMY1 σε σύγκριση με ζώα που δεν εξαρτώνται τόσο από δίαιτες βαριές σε άμυλο.
«Τα άτομα με υψηλότερο αριθμό αντιγράφων AMY1 πιθανότατα πέπταν το άμυλο πιο αποτελεσματικά και είχαν περισσότερους απογόνους», είπε ο Gokcumen. “Οι γενεαλογίες τους τελικά τα πήγαν καλύτερα σε ένα μακρύ εξελικτικό χρονικό πλαίσιο από εκείνες με χαμηλότερο αριθμό αντιγράφων, διαδίδοντας τον αριθμό των αντιγράφων AMY1.”
[Related: Scientists build intricate Neolithic family tree from 7,000-year-old DNA.]
Αυτά τα ευρήματα ευθυγραμμίζονται επίσης με α μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Σεπτέμβριο που διαπίστωσε ότι οι άνθρωποι στην Ευρώπη αύξησαν τον μέσο αριθμό των αντιγράφων AMY1 από τέσσερα σε επτά τα τελευταία 12.000 χρόνια.
«Δεδομένου του βασικού ρόλου της διακύμανσης του αριθμού αντιγράφων AMY1 στην ανθρώπινη εξέλιξη, αυτή η γενετική παραλλαγή παρουσιάζει μια συναρπαστική ευκαιρία να εξερευνήσουμε τον αντίκτυπό της στη μεταβολική υγεία και να αποκαλύψουμε τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στην πέψη του αμύλου και στον μεταβολισμό της γλυκόζης», ο συν-συγγραφέας της μελέτης, υπολογιστής επιστήμονας του Jackson Laboratory, Feyza. Ο Γιλμάζ είπε σε δήλωση. «Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να αποκαλύψει τα ακριβή αποτελέσματα και την επιλογή του χρόνου, παρέχοντας κρίσιμες γνώσεις για τη γενετική, τη διατροφή και την υγεία».
VIA: popsci.com
