Можете да споделите тази статия под лиценза Attribution 4.0 International.

Ново проучване изяснява как преследването на нишесте може да е довело до еволюционни адаптации при бозайниците.

Нишестето, сложен въглехидрат, е жизненоважен източник на хранене за много бозайници. Хората го обработват под формата на ориз, пшеница, царевица, картофи и овес. Плъховете разресват купчините ни боклуци за остатъци от пица и хляб. Корен на диви свине за грудки.

Изследването, което включва 46 вида бозайници, се фокусира върху биологично съединение, наречено амилаза, което хората и други животни произвеждат, за да разграждат нишестето.

Проучването установява, че в хода на еволюцията на бозайниците генетичната машина, която учи тялото как да произвежда амилаза, е нещо като хамелеон. Той се е развил по различни начини при различни зверове и е способен да се променя бързо, вероятно в съответствие с това, което ядат животните.

Изследването също така показва, че бозайниците с нишестени диети обикновено имат повече копия на гена на амилаза, който съдържа инструкции за изграждане на амилаза, отколкото бозайниците, които консумират малко нишесте (поне сред изследваните видове).

Изследването също така представя доказателства, че еволюционни промени, свързани с амилазата - включително дублиране на гена на амилаза и способността да се произвежда амилаза в слюнката - може да са възникнали независимо при някои различни видове. Наречен конвергентна еволюция, това явление често сигнализира за особено полезна адаптация.

Като цяло, проучването в eLife рисува цветна картина на еволюционната история на амилазата при бозайници, варираща от хора, кучета и домашни котки до таралежи и лемури с опашки, заедно с бабуини, които съхраняват храна в бузите си.

нишестето
За да проучат кои животни произвеждат амилаза в слюнката, учените пробиват малки дупки в нишестено желатиново вещество и запълват дупките със слюнка от различни видове. Слюнката, съдържаща амилаза, ще разгражда околното нишесте, което води до кръговите шарки, които се виждат тук. По-големи кръгове се образуват, когато слюнката съдържа повече амилаза. (Кредит: Дъглас Левере/Ю. Бъфало)

Диетата промени ли гените ни?

„Амилазата е случай, в който диетата може да има потенциал да промени гените ни. Това е очарователно “, казва Омер Гокумен, асистент по биологични науки в университета в Бъфало. „Дублиранията, които виждаме в гена на амилаза, дават много гъвкав и бърз начин, по който генните функции могат да се развиват и този механизъм на еволюция е недооценен.“

„Предишни проучвания са изследвали еволюцията на амилаза при избрани видове, като хора и кучета, но нашите изследвания имат по-широка перспектива“, казва Стефан Рул, професор по орална биология в Университета в Бъфало, училище по дентална медицина.

„Ние изследваме десетки видове бозайници от различни клонове на еволюционното дърво и виждаме, че когато става въпрос за амилаза в слюнката, генетиката и биологията могат да реагират на това, което ядем.“

Gokcumen, Ruhl и първият автор Петър Паич, устен изследовател по биология и биологични науки, ръководиха изследването.

Повече въглехидрати

Изглежда, че бозайниците с нишестени диети са се адаптирали генетично към повече въглехидрати: От видовете в проучването тези с нишесте в диетите си обикновено имат повече копия на гена на амилаза, който съдържа инструкции за получаване на амилаза, отколкото животни като месоядни и тревопасни животни, чиито строги диети обикновено изключват нишестето. Хората, които ядат въглехидрати, домашните мишки, кафявите плъхове, кучетата, прасетата и глиганите имат много копия, докато бозайниците като планински лъвове, които се хранят с месо, а таралежите, които се хранят с храни като насекоми и охлюви, имат малко.

Това е важно, тъй като генът е подобен на плесен във фабрика: колкото повече единици имате, толкова повече амилаза теоретично можете да произведете. Що се отнася до това как са се развили допълнителните копия на гена на амилаза, „Това е като пилето и яйцето - не можем наистина да кажем какво е било първо“, казва Рул. „Нишестето в диетата може да е довело до повече амилаза, а способността за смилане на нишесте може да е довело до увеличен прием на нишесте и т.н.“

В някои случаи тясният контакт с хората - и достъпът до човешка храна - може да са подтикнали към адаптация към нишестето. Проучването потвърждава минали констатации от други екипи, показващи, че мишките и домашните кучета, които живеят заедно с хората, имат повече копия на гена на амилаза, отколкото дивите им братовчеди (съответно вълци и диви гризачи). Кафявият плъх (Rattus norvegicus) - вид, известен като уличен или канализационен плъх - също има много копия на гена на амилаза.

Кучешки лигавене и други плювки

Амилазата в слюнката е по-широко разпространена от познатата досега (някои домашни кучета я произвеждат например): Повечето амилази се произвеждат в панкреаса, но някои животни я отделят и в слюнката. Новото изследване установява, че тази способност е по-често срещана от преди известната, и предлага слюнчената амилаза като друга адаптация, която може да е възникнала чрез конвергентна еволюция при някои видове.

Когато учените тествали за амилаза в лигавицата на 22 вида бозайници, те я открили в 15 вида, включително шест вида, за които преди не е било известно, че имат амилаза в слюнката. Може би не е изненадващо, че павианите и резус-макаците, които съхраняват храна в торбички за бузи за дълги периоди от време, са сред най-плодовитите производители на слюнчена амилаза сред тестваните бозайници.

Домашните кучета бяха сред видовете, които наскоро бяха идентифицирани като производители на слюнчена амилаза. Въпреки че не всички кучета имат амилаза, изследването го открива в няколко породи, като английски кремави златни ретривъри, лабрадори и питбули.

„Това проучване предоставя най-изчерпателната картина до момента за това как амилазата е еволюирала в линията на бозайниците както на генетично ниво, така и на ниво експресия на протеини в слюнката“, казва Паич. „От по-широка теоретична позиция тя също така разкрива колко бързо може да се случи еволюцията и как нещо просто, като храната, която ядете, може да накара иначе несвързаните видове да се развиват по подобен начин.“

Сладко, сладко нишесте

За животни, които не съхраняват храна в бузите си, еволюционното предимство на наличието на амилаза в слюнката е неясно. Но Рул казва, че една теория е, че тя помага на животните и хората да идентифицират скорбялните храни като желателни за ядене.

„Хората имат много слюнчена амилаза, но защо?“ той казва. „За разлика от бабуините, които предварително подхранват храната в торбичките си, ние, хората, не държим храната в устата си достатъчно дълго, за да се случи някакво значително храносмилане. Едната идея е, че слюнчената амилаза се е развила, за да помогне на нашите предци да открият нишестето: иначе те не биха могли да го вкусят. Амилазата освобождава захар в нишестето и това може да помогне на животните да развият вкусови предпочитания към богати на нишесте храни като картофи или царевица. "

Другите хипотетични цели за слюнчената амилаза включват почистване на лепкави остатъци от нишесте от зъбите: „Амилазата в слюнката може да действа като вид биохимична четка за зъби, която природата ни е предоставила“, казва Рул. „Това може да помогне за регулиране на състава на оралния микробиом.“

Допълнителни изследователи от Университета в Бъфало, Фондацията за изследвания и технологии в Гърция, SUNY Plattsburgh, Университета Корнел и Института Фридрих-Лофлер в Германия допринесоха за работата, финансирана от Националния институт по дентални и черепно-лицеви изследвания.