2019-05-15 05:47:01
你就是你吃的东西 对碳水化合物的追求如何改变了哺乳动物的基因和唾液

淀粉是一种复合碳水化合物,是许多哺乳动物的重要营养来源。人类以大米,小麦,玉米,土豆和燕麦的形式种植它。老鼠梳理我们的垃圾堆里的披萨和面包碎片。野猪根茎块茎。

现在,一项新的研究正在深入探讨淀粉的追求如何推动这些和其他饥饿哺乳动物的进化适应。

该研究针对46种哺乳动物进行了研究,重点研究了一种名为淀粉酶的生物化合物,它是由人类和其他动物分解淀粉产生的。

该研究发现,在哺乳动物进化过程中,教导身体如何制造淀粉酶的遗传机制一直是变色龙。它在不同的野兽中以不同的方式进化,并且它能够快速变化,可能与动物的食物一致。

该研究发现,含有少量淀粉的哺乳动物(至少在所研究的物种中),含有淀粉类饮食的哺乳动物往往具有更多的淀粉酶基因拷贝,其携带构建淀粉酶的指令。

该研究还提供了证据,证明与淀粉酶相关的进化变化 - 包括淀粉酶基因的重复和在唾液中产生淀粉酶的能力 - 可能在一些不同物种中独立出现。被称为收敛进化,这种现象通常表示特别有用的适应。

调查结果于5月14日在eLife上发布。总体而言,该研究描绘了哺乳动物淀粉酶的进化历史的彩色图片,包括人类,狗和家猫,刺猬和环尾狐猴,以及在他们的脸颊储存食物的狒狒。

“淀粉酶是一种饮食可能有可能改变我们基因的情况。这很有吸引力,”布法罗艺术与科学学院生物科学助理教授Omer Gokcumen博士说。 “我们在淀粉酶基因中看到的重复提供了一种非常灵活和快速的基因功能可以进化的方式,这种进化机制被低估了。”

“过去的研究探索了选择物种中淀粉酶的进化,例如人类和狗,但我们的研究采取了更广泛的视角,”Stefan Ruhl博士,DDS,UB牙科医学院口腔生物学教授。 “我们从进化树的不同分支中检查了数十种哺乳动物物种,我们看到,当涉及到唾液中的淀粉酶时,遗传学和生物学可能会对我们吃的东西产生反应。”

调查结果详情如下:

具有淀粉类饮食的哺乳动物似乎已经在遗传上适应了更多的碳水化合物:在所研究的物种中,那些在其饮食中含有淀粉的物种通常比食肉动物和食草动物的动物具有更多的淀粉酶基因拷贝,其具有制造淀粉酶的指令。严格的饮食往往排除淀粉。 Carb-munching人类,家养老鼠,棕色老鼠,狗,猪和公猪都有很多副本,而以山羊为主的哺乳动物,以及以昆虫和蜗牛等食物为食的刺猬则很少。

这很重要,因为该基因类似于工厂中的霉菌:您拥有的单位越多,理论上可以产生的淀粉酶就越多。至于淀粉酶基因的额外拷贝是如何进化的,“它就像鸡肉和鸡蛋一样 - 我们无法真正说出首先是什么,”鲁尔说。 “饮食中的淀粉可能导致更多的淀粉酶,消化淀粉的能力可能导致淀粉摄入量增加,等等。”

在某些情况下,与人类的紧密接触以及对人类食物的接触可能刺激了对淀粉的适应。该研究证实了其他研究小组的过去研究结果表明,与人类生活在一起的小鼠和家犬比其野生表亲(狼和野生啮齿动物)分别拥有更多的淀粉酶基因拷贝。棕色大鼠(Rattus norvegicus) - 一种通常称为街道或下水道大鼠的物种 - 也具有许多淀粉酶基因的拷贝。

淀粉酶的遗传扩增可能在多个物种中独立发生:基于遗传证据,该研究得出结论,小鼠,大鼠,狗,猪和人类可能在其进化的不同时间独立地获得它们的一些额外的淀粉酶基因拷贝,而不是从共同的祖先继承所有副本。这种称为收敛演化的现象可以表明一种特别有用的适应。

唾液中的淀粉酶比以前已知的更广泛(例如,一些宠物狗产生它):大多数淀粉酶在胰腺中产生,但是一些动物也在唾液中分泌它。新的研究发现,这种能力比以前所知的更为常见,并提出唾液淀粉酶作为另一种适应,可能是通过某些物种的趋同进化而产生的。

当科学家在22种哺乳动物的流口水中测试淀粉酶时,他们发现它有15种,其中包括6种以前不知道唾液中含有淀粉酶的物种。也许不出所料,狒狒和恒河猴长时间将食物储存在面颊袋中,是所测试的哺乳动物中唾液淀粉酶最多产的生产者之一。

宠物狗是新近被确定为唾液淀粉酶生产者的物种之一。虽然不是所有的狗都有淀粉酶,但研究发现它有几个品种,如英国奶油金毛猎犬,拉布拉多犬和比特犬。

“这项研究提供了迄今为止关于淀粉酶在基因水平和唾液中蛋白质表达水平上如何在哺乳动物谱系中进化的最全面的图片,”该研究的第一作者Pajic说。 “从更广泛的理论立场来看,它还揭示了进化能够快速发生以及简单的事情,比如你吃的食物,可能会推动其他无关物种的发展。”

对于不在脸颊上储存食物的动物,在唾液中含有淀粉酶的进化优势尚不清楚。但是,领先的唾液研究员鲁尔说,有一种理论认为它可以帮助动物和人类识别淀粉类食物。

“人类有很多唾液淀粉酶,但为什么呢?”他说。 “与在脸颊袋中消化食物的狒狒不同,我们人类不会将食物留在口腔中足够长时间以便发生任何实质性的消化。一个想法是唾液淀粉酶进化为帮助我们的祖先检测淀粉:它们将无法Amylase在淀粉中释放糖,这可能有助于动物对富含淀粉的食物(如土豆或玉米)产生口味偏好。“

唾液淀粉酶的其他假设目的包括清洁牙齿中的粘性淀粉残留物:“唾液中的淀粉酶可能是一种自然界为我们提供的生化牙刷,”Ruhl微笑着说。 “这可能有助于调节口腔微生物组的构成。”

猜您喜欢的其它内容