Один ген мог бы объяснить, почему люди рождены для бега
Мутация одного гена сделала наших предков странно хорошими бегунами на длинные дистанции.
Как человек, который любит бегать на длинные дистанции, а также большой поклонник Брюса Спрингстина, «Born to Run» всегда была одной из моих любимых песен. Да, я знаю, что это клише. Но всякий раз, когда я иду на длинную пробежку и слышу, как Брюс поясняет: «В тот день, когда мы потеем это на улицах безудержной американской мечты», я не могу не вспомнить воспоминания о другом времени в нашей эволюции, когда наши человеческие предки преследовали добычу в африканской саванне.
Источник: rangizzz / Shutterstock
Более десяти лет назад я впервые написал о некоторых эволюционных причинах, почему «Шимпанзе, подобные нам, рождены для бега» в книге «Путь спортсмена: пот и биология блаженства». В этом разделе моей книги я сослался на результаты, полученные в знаковой статье «Выносливость и эволюция человека» (2004) Денниса Брамбла и Даниэля Либермана из отдела эволюционной биологии Гарвардского университета.
Во время 13-летнего исследования Брэмбл и Либерман определили 26 признаков, которые делали ранних людей необычайными бегунами на длинные дистанции. Как объясняют авторы в исследовании, аннотация:
«Стремительный двуногий характер является ключевым поведением гоминидов, которое, возможно, возникло вскоре после расхождения линий шимпанзе и человека. Хотя двуногие походки включают в себя ходьбу и бег, считается, что бег не играл никакой важной роли в эволюции человека, потому что люди, подобно обезьянам, являются плохими спринтерами по сравнению с большинством четвероногих. Здесь мы оцениваем, насколько хорошо люди справляются с устойчивым бегом на длинные дистанции, и рассматриваем физиологические и анатомические основы способности к выносливости у людей и других млекопитающих. Судя по нескольким критериям, люди демонстрируют замечательные результаты в беге на выносливость благодаря разнообразию функций, многие из которых оставляют следы в скелете. Ископаемые свидетельства этих особенностей позволяют предположить, что бег на выносливость является производной способностью рода Homo , возникшего около 2 миллионов лет назад, и, возможно, способствовал эволюции формы человеческого тела ».
Теперь, новое исследование (2018) на мышах, полученное в Школе медицины Сан-Диего при Калифорнийском университете, предлагает увлекательное продолжение этого новаторского исследования бега на выносливость. Потенциально новаторская статья «Инактивация Cmah, подобная человеку, у мышей повышает выносливость и снижает утомляемость мышц: последствия для эволюции человека», была опубликована в выпуске 12 сентября « Трудов Королевского общества B» .
Для этого первого в своем роде исследования исследователи UCSD смогли определить конкретную мутацию гена, которая, возможно, помогла нашим ранним человеческим предкам эволюционировать из обитателей дерева в одно из лучших бегущих на длинные расстояния существ в царстве животных. ,
Ранние гоминиды, по-видимому, развивались благодаря специфической для бега скелетной биомеханике и физиологии, таким как более сильные мышцы большой ягодичной мышцы (ягодицы), большие ступни, черепа с защитой от перегрева, шейный сустав для поддержания устойчивости головы при подъеме и опускании и обширная сеть потовых желез, которые охлаждали тело до такой степени, которую не видели другие крупные млекопитающие.
Среди млекопитающих люди являются одними из наиболее эффективных бегунов на выносливость на сверхдальности. Только лошади, собаки и гиены могут обогнать нас в течение длительного времени. А наша способность бегать дальше и быстрее без усталости делала нас исключительно хорошими охотниками. Наши предки могли гоняться за добычей в палящем жаре в середине дня, когда другие хищники спали. И они были в состоянии преследовать добычу на очень больших расстояниях, которые толкали любого млекопитающего с меньшей выносливостью до предела истощения. Этот метод выживания наиболее приспособленных для изнашивания добычи называется «постоянная охота».
Как часть эволюции человека, ученые предполагают, что около 2 или 3 миллионов лет назад функциональная делеция гена, называемого «CMP-Neu5Ac гидроксилаза (CMAH)», вызвала цепную реакцию в роду Homo , которая в конечном итоге привела бы к современным Homo sapiens . Первоначальный род Homo также включал вымершие виды, такие как Homo habilis и Homo erectus .
Для последнего исследования UCSD по бегу на выносливость исследователи разработали штамм мышей, у которого не было гена CMAH, а затем проверили их способность бегать на большие расстояния по сравнению с контрольной группой мышей, у которых этот ген еще не поврежден. Первый автор Джон Окерблом, который является аспирантом, руководил строительством машин, подобных беговой дорожке, а также беговых колес для мышей на большие расстояния. «Мы оценили работоспособность (у мышей, у которых отсутствует ген CMAH), и отметили повышение производительности во время тестирования беговой дорожки и после 15 дней произвольного бега колеса», – сказал Окерблом в своем заявлении.
После этого первоначального открытия Окерблом и старший писатель Аджит Варки проконсультировались со своей коллегой Эллен Брин, ученым-исследователем в отделе физиологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. Брин заметил, что мыши, лишенные гена CMAH, проявляли большую выносливость и меньшую утомляемость, а также лучшее митохондриальное дыхание и силу мышц задних конечностей. Примечательно, что у них также было больше капилляров для снабжения кровью и кислородом бегущих мышц.
Варки размышляет, что эти результаты предполагают, что мутация гена CMAH миллионы лет назад, возможно, помогла ранним людям стать исключительно хорошими бегунами на дальние дистанции.
Авторы резюмируют значимость этого исследования: «Взятые вместе, эти данные предполагают, что потеря CMAH способствует улучшению способности скелетных мышц к использованию кислорода. Будучи переносимым на людей, потеря CMAH могла бы обеспечить избирательное преимущество для наследственного человека во время перехода от обитания в лесу к расширению разведки ресурсов и поведения охотников / собирателей в открытой саванне ».
Рекомендации
Джонатан Окерблом, Уильям Флитес, Хемал Х. Патель, Саймон Шенк, Аджит Варки, Эллен Брин. «Подобная человеку инактивация Cmah у мышей повышает выносливость и снижает утомляемость мышц: последствия для эволюции человека». Материалы Королевского общества B. (Впервые опубликовано: 12 сентября 2018 г.) DOI: 10.1098 / rspb.2018.1656
Деннис Брамбл и Даниэль Либерман. «Выносливость и эволюция человека». Природа (впервые опубликовано: 18 ноября 2004 г.) DOI: 10.1038 / nature03052
