211service.com
En comeback för Lamarckian Evolution?
Effekterna av ett djurs miljö under tonåren kan överföras till framtida avkommor, enligt två nya studier. Om det är tillämpligt på människor, tyder forskningen gjord på gnagare att effekterna av både barndomsutbildning och tidiga övergrepp kan sträcka sig över generationer. Fynden ger stöd för en 200 år gammal evolutionsteori som till stor del har avfärdats: Lamarckian evolution, som säger att förvärvade egenskaper kan föras vidare till avkomman.
Tysta DNA: Att lägga till metylgrupper till specifika fläckar i genomet kan förändra uttrycket av markerade gener. Processen, känd som DNA-metylering, är en mekanism för epigenetisk förändring, ärftlig förändring som inte förändrar själva DNA-sekvensen. I den här bilden representerar färgade staplar baserna som utgör en DNA-sträng, medan de gröna cirklarna representerar metylering.
Resultaten är extremt överraskande och oväntade, säger Li-Huei Tsai, en neuroforskare vid MIT som inte var involverad i forskningen. En av studierna fann faktiskt att en ökning av hjärnans förmåga att koppla om sig själv och en motsvarande förbättring av minnet kunde föras vidare. Denna studie är förmodligen den första studien som visar att det finns transgenerationella effekter inte bara på beteende utan på hjärnans plasticitet.
Under de senaste åren har forskare upptäckt att epigenetiska förändringar – ärftliga förändringar som inte förändrar själva DNA-sekvensen – spelar en stor roll i utvecklingen, vilket gör att genetiskt identiska celler kan utveckla olika egenskaper; epigenetiska förändringar spelar också en roll vid cancer och andra sjukdomar. (Definitionen av epigenetik är något varierande, med vissa forskare som begränsar termen till att hänvisa till specifika molekylära mekanismer som förändrar genuttryck.) De flesta epigenetiska studier har begränsats till ett cellulärt sammanhang eller har tittat på de epigenetiska effekterna av droger eller kost i livmodern . Dessa två nya studier är unika genom att miljöförändringen som utlöser effekten – berikning eller tidig misshandel – inträffar före graviditeten. Ge mammor kemikalier, och det kan påverka avkomman och nästa generation, säger Larry Feig , en neuroscientist vid Tufts University School of Medicine, i Boston, som övervakade en del av forskningen. I det här fallet skedde [miljöförändringen] långt innan mössen ens var fertila.
I Feigs studie föddes möss genetiskt modifierade för att ha minnesproblem i en berikad miljö – med leksaker, träning och social interaktion – under två veckor under tonåren. Djurens minne förbättrades - ett föga överraskande fynd, med tanke på att berikning tidigare har visat sig öka hjärnans funktion. Mössen återfördes sedan till normala förhållanden, där de växte upp och fick avkomma. Denna nästa generation av möss hade också bättre minne, trots att de hade den genetiska defekten och aldrig hade exponerats för den berikade miljön.
Forskarna tittade också på ett molekylärt minneskorrelat som kallas långsiktig potentiering, eller LTP, en mekanism som stärker kopplingar mellan neuroner. Miljöberikning fixade felaktig LTP hos möss med den genetiska defekten; den fasta LTP fördes sedan vidare till deras avkomma. Fynden stämde även när valpar växte upp av möss med minnesbrist som aldrig hade haft fördelarna med leksaker och social interaktion. När man tittar på avkommor har de fortfarande defekten i proteinet, men de har också normal LTP, säger Feig. Resultaten publicerades idag i Journal of Neuroscience .
Om resultaten kan förmedlas till människor betyder det att flickors utbildning är viktig inte bara för deras generation utan för nästa, säger Moshe Szyf vid McGill University i Montreal, som inte var involverad i forskningen.
I en andra studie fann forskare att råttor uppfödda av stressade mödrar som försummade och fysiskt misshandlade sin avkomma visade specifika epigenetiska modifieringar av deras DNA. De misshandlade mössen växte upp till att bli fattiga mammor och verkade överföra dessa förändringar till sina avkommor.
Tidigare forskning har visat att dålig råttmamma kan överföras genom denna typ av DNA-modifiering - men dessa förändringar tros utlösas specifikt av moderns beteende. I den nya studien lät forskarna även friska mammor föda upp avkommor till stressade mammor och fann att problemen bara delvis fixades. Det tyder på att förändringarna inte berodde på deras neonatala erfarenhet, säger David Sweatt , en neuroscientist vid University of Alabama i Birmingham, som övervakade studien. Det var något som fanns där redan när de föddes. Forskningen publicerades online förra månaden i Biologisk psykiatri .
Resultaten av båda studierna kommer sannolikt att vara kontroversiella och kanske återuppliva en hundraårig debatt. Det är väldigt provocerande, säger Lisa Monteggia , en neuroforskare vid University of Texas Southwestern Medical Center, i Dallas. Det går tillbaka till två skolor: Lamarck mot Darwin.
I motsats till naturligt urval, där organismer som föds väl anpassade till sin miljö överlever och förökar sig, och försvinner dessa framgångsrika egenskaper, tyder Lamarckian evolution på att djur kan utveckla adaptiva egenskaper, såsom bättre minne, under sin livstid, och föra dem vidare. egenskaper hos sin avkomma. Den senare teorin övergavs till stor del eftersom Darwins, och senare Mendels, teorier fick fäste. Men begreppet Lamarckian arv har gjort en comeback de senaste åren, eftersom forskare lär sig mer om epigenetik.
Jag tänkte inte komma med fynd som stöder neo-Lamarckian arv, säger Sweatt. Men forskningen gör det nu mer troligt att dessa saker kan vara verkliga och kan baseras på molekylära mekanismer.
Feig, å andra sidan, hävdar att även om fynden är ett Lamarckianskt fenomen, är det fortfarande darwinistiskt, eftersom förändringarna inte varar för evigt. I Feigs studie förlorade avkomman till berikade möss sina minnesfördelar efter några månader.
Sweatt och andra säger att den här typen av arv faktiskt kan vara mycket vanligare än förväntat. Förbättrad teknik ger nu en bredare titt på de epigenetiska förändringarna kopplade till miljö och beteende. Forskare börjar använda DNA-mikroarrayer, som under de senaste åren har blivit flitigt använda i genetiska studier av sjukdomar, för att titta på en specifik typ av förändring, känd som DNA-metylering. De förändringar vi ser är inte begränsade till ett litet antal gener, säger Szyf, som använder tekniken för att studera epigenetik och cancer. Hela kretsar ändras.
DNA-sekvensering, som snabbt sjunker i pris, kan också användas för att studera DNA-metylering. Men epigenetikstudier kräver högvolymsekvensering, vilket har varit oöverkomligt dyrt. I motsats till genomet är varje epigenom olika i olika typer av celler, säger Sweatt. Ett mänskligt epigenomprojekt skulle motsvara 250 mänskliga genom, eftersom det finns minst 250 celltyper i kroppen. Billig sekvensering kan snart göra den typen av studier möjliga, säger han.
Den faktiska mekanismen bakom dessa arvsmönster är något mystifierande för forskare. Feig teoretiserar att miljöberikning utlöser en långvarig hormonell förändring: när djuret blir dräktigt, skulle hormonet på något sätt modifiera fostrets DNA, vilket i slutändan får det att få förbättrat minne och LTP som tonåring. Men han varnar, det finns inga direkta bevis för detta, och inga specifika bevis för att beteendet överförs genom epigenetiska mekanismer.