COVID-19 大流行開始時(shí)發(fā)布的居家令迎來了食物的囤積和數(shù)字娛樂訂閱、餐廳外賣和送貨服務(wù)的激增——這是集體沙發(fā)土豆現(xiàn)象的完美風(fēng)暴?，F(xiàn)在，研究人員通過研究洞穴魚，發(fā)現(xiàn)了長期缺乏身體活動(dòng)對(duì)數(shù)千年后的人類意味著什么。

斯托爾斯醫(yī)學(xué)研究所(Stowers Institute for Medical Research)報(bào)告了關(guān)于洞穴魚新陳代謝適應(yīng)的新研究，這些研究發(fā)生在16萬年前墨西哥四河魚涌入地下洞穴時(shí)，此后一直躲藏在原地。這項(xiàng)研究于 2023 年 1 月 24 日發(fā)表在 PNAS 上，由副研究員尼古拉斯·羅納博士實(shí)驗(yàn)室的博士前研究員盧克·奧爾森領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)洞穴魚肌肉代謝經(jīng)歷了基因重編程，導(dǎo)致生理、形態(tài)和行為發(fā)生根本性變化。

盡管外觀發(fā)生了明顯變化，但洞穴魚在野外和實(shí)驗(yàn)室中都保持健康。因此，從進(jìn)化的角度研究洞穴魚肌肉代謝可能會(huì)幫助我們了解日益增加的不活動(dòng)如何影響人類。

“隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們的移動(dòng)越來越少也就不足為奇了，”羅納說。“對(duì)于洞穴魚，我們有一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)，我們可以研究如果人們?cè)诜浅７浅ｉL的時(shí)間內(nèi)保持沙發(fā)土豆會(huì)發(fā)生什么。

久坐不動(dòng)的生活方式可能對(duì)人體健康有害，促進(jìn)肌肉減少和體重增加，通常會(huì)導(dǎo)致糖尿病、心臟病和中風(fēng)等疾病。在調(diào)查洞穴魚時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)了一些矛盾的東西。

與水面魚類相比，來自墨西哥中部的洞穴魚種群表現(xiàn)出肌肉減少和脂肪增加，分別為30%和40%。這不僅不會(huì)影響它們的健康，而且洞穴魚還可以通過肌肉代謝的遺傳變化，與它們“健康”的水面魚表親一樣快速游泳，并且可以長時(shí)間游泳。

“當(dāng)觀察洞穴魚肌肉細(xì)胞內(nèi)部時(shí)，肌肉纖維組成和功能發(fā)生了明顯變化，”奧爾森說。“在實(shí)驗(yàn)室中，我們已經(jīng)控制了每個(gè)環(huán)境變量，但仍然觀察到洞穴魚中非常不同的肌肉結(jié)構(gòu)，這表明肥魚表型背后的遺傳成分。

專注于遺傳學(xué)，研究人員發(fā)現(xiàn)編碼肌肉收縮所需蛋白質(zhì)的基因活性顯著降低。同時(shí)，調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞發(fā)育和代謝的主基因的活性增加。為了確定這些變化是否真的是遺傳的，研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)游泳測(cè)試來研究洞穴魚對(duì)刺激的反應(yīng)。

他們發(fā)現(xiàn)洞穴魚的正常游泳速度幾乎慢四倍;然而，當(dāng)受到刺激時(shí)，它們不僅將速度提高到與水面魚相當(dāng)?shù)乃俣?，而且能夠長時(shí)間保持速度，這表明肌肉耐力。

“起初，我不明白這怎么可能，因?yàn)槎囱~沒有適當(dāng)?shù)募∪馐湛s”機(jī)器“，”奧爾森說。“然后我們意識(shí)到他們已經(jīng)采用了一種不同的機(jī)制來利用存儲(chǔ)在肌肉中的能量。

事實(shí)上，洞穴魚具有升高的酶水平升高，負(fù)責(zé)糖原的形成和代謝，糖原是由葡萄糖形成的復(fù)合物。此外，這種酶具有一個(gè)特定的位點(diǎn)，容易添加磷酸鹽分子或磷酸化，這在水面魚中沒有觀察到。當(dāng)磷酸化時(shí)，糖原的合成和儲(chǔ)存得到增強(qiáng)，當(dāng)不磷酸化時(shí)，酶切換到持續(xù)肌肉收縮所需的糖原代謝途徑。

了解洞穴魚的新陳代謝是如何進(jìn)化數(shù)十萬年的，可能會(huì)闡明人類如何在很長一段時(shí)間內(nèi)適應(yīng)。

“在未來，例如在前往其他行星甚至星系的太空旅行中，擁有一個(gè)進(jìn)化模型系統(tǒng)，其中包含我們?cè)谌祟悆?nèi)部看到的自然變異，可能會(huì)告訴我們哪些基因在長時(shí)間不活動(dòng)期間發(fā)揮作用，以及是否存在保守的分子途徑，在沒有相應(yīng)病理的情況下推動(dòng)能源投資策略的轉(zhuǎn)變，“羅納說。

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