@ 2018.09.18 , 10:00

祖先赐你的跑步之力

作者:Jillian Mock

祖先赐你的跑步之力
Credit:HW

就算你废宅多年,你的细胞仍然已经准备好让你跑一场马拉松了。根据最近的研究,人体内的每个细胞都携带着可能有助于优化肌肉用于长距离运动的突变。

人类和黑猩猩之间已知最古老的遗传差异之一可能有助于古代原始人类 - 现在是现代人类 - 在远距离跑步方面表现更出色。为了解突变是如何运作的,科学家们检查了那些经过基因工程改造的小鼠肌肉。在啮齿动物中,通过突变可以提高工作肌肉的氧气水平,增加耐力并减少整体肌肉疲劳。研究人员推测这种突变可能在人体内起作用。研究结果发表在本周的皇家学院报告B系列中。

许多生理适应性使人类擅长长跑 - 比如进化出来的长腿、出汗的能力以及我们失去的皮毛,都有助于提高我们的耐力。有了这一新发现,研究人员相信他们“找到了人类这一不同寻常变化的第一个分子基础,”该研究的主要负责人 Ajit Varki 这样说道,他也是加州大学圣地亚哥分校细胞与分子医学博士研究员。

CMP-Neu5Ac羟化酶(简称CMAH)基因在大约两三百万年前在我们的祖先中发生突变,当时原始人类开始离开森林寻找牧草并在广阔的大草原上捕猎。Varki说,这是我们现代人和黑猩猩之间最早的遗传差异之一。在过去的20年里,Varki和他的研究团队一直使用老鼠将突变与其他对人体的影响联系起来,包括更严重的肌肉萎缩症和炎症症状,这些症状会增加吃红肉的癌症风险。

哈佛大学的古人类学家丹尼尔·利伯曼说:“我们已经发现了很多与跑步相关的基因,”他没有参与这项研究,但已经对人类进化和跑步进行了广泛的研究。“但这是我所知道的第一个基因,它确定了一个衍生特征,这是一个新特征,并且有化石证据证明我们在那时就开始跑步了。”

但并非所有研究人员都相信该基因在人类进化中的作用。加州大学河滨分校专门研究进化生理学的生物学家泰德·加兰警告说,在这个阶段,这种联系仍然是“纯粹的推测”。“我对这在人类进化的方面持怀疑态度,但毫无疑问,这对肌肉有所帮助,”加兰说,仅仅观察这种突变出现的时间序列就说这个特定的基因在跑步的进化中发挥了重要作用是不够的。

CMAH突变通过改变构成人体的细胞表面起作用。“体内的每个细胞都完全覆盖着大量的糖类,”Varki 说道。CMAH通过编码唾液酸来影响这种糖表面。由于这种突变,人类在其细胞的糖林中只有一种唾液酸。许多其他哺乳动物,包括黑猩猩,有两种类型的酸。这项研究表明,细胞表面酸的这种变化会影响氧气输送到体内肌肉细胞的方式。

在这个实验中,Varki实验室的研究生Jonathan Okerblom使用了一组对照组,其中常规基因编码了两种类型的酸,还有一组具有人类突变的小鼠。研究人员比较了老鼠在轮子上训练前后跑步机上跑步的情况。从一开始,具有CMAH突变的小鼠可以比对照组跑得更远和更快。通过训练,他们的竞争优势甚至更大 - 比没有这种突变的老鼠跑得快12%、远20%。

在跑步机测试后,加州大学圣地亚哥分校的生理学研究科学家艾伦·布林检查了小鼠的肌肉,发现那些有突变的并没有像普通老鼠的肌肉一样快速疲劳。此外,缺乏CMAH基因的啮齿动物在细胞水平上更有效地使用氧气,并且有更多的毛细血管向其肌腿部提供氧气。

加兰说,这种突变对肌肉耐力的影响很有意思,但我们不能认为这种特殊的突变对于人类进化为长跑运动员来说是“必不可少的”;“如果这种突变从未发生过,也可能会发生其他的一些突变。”

为了证明CMAH与人类进化之间的关系,加兰说研究人员需要研究其他动物的耐力,如狗、鹿或鸵鸟,这些动物都用自己的肌肉长途跋涉,看看在它们中是否能找到影响类似的突变。他也想看一看在其他老鼠身上重复实验的结果,这些老鼠具有高水平的耐力,试一试效果是否成立。

利伯曼说说,了解我们的身体如何进行体育锻炼不仅可以帮助我们解答有关我们过去的问题,还可以帮助我们找到改善未来健康的新方法。许多疾病,如糖尿病和心脏病,都可以通过锻炼来预防。“我们需要弄清楚如何整理这些途径来帮助对抗疾病。”

你不用真的跑马拉松来充分利用细胞的跑步能力。为了保持适当的整体心血管健康,美国心脏协会建议每天进行约30分钟的中度强烈活动。但如果您确实感受到了测试身体极限的愉♂悦,那么请记住,生物学是支持你这样做的。

本文译自 popsci,由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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