211service.com
Et comeback for Lamarckian Evolution?
Effekterne af et dyrs miljø under teenageårene kan overføres til fremtidige afkom, ifølge to nye undersøgelser. Hvis det er relevant for mennesker, tyder forskningen, udført på gnavere, på, at virkningen af både barndomsuddannelse og tidlig misbrug kan strække sig over generationer. Resultaterne giver støtte til en 200 år gammel evolutionsteori, der stort set er blevet afvist: Lamarckian evolution, som siger, at erhvervede egenskaber kan overføres til afkom.
Silent DNA: Tilføjelse af methylgrupper til specifikke pletter i genomet kan ændre ekspressionen af markerede gener. Processen, kendt som DNA-methylering, er en mekanisme for epigenetisk forandring, arvelig forandring, der ikke ændrer selve DNA-sekvensen. På dette billede repræsenterer farvede søjler de baser, der udgør en DNA-streng, mens de grønne cirkler repræsenterer methylering.
Resultaterne er ekstremt overraskende og uventede, siger Li-Huei Tsai, en neuroforsker ved MIT, som ikke var involveret i forskningen. En af undersøgelserne viste nemlig, at et boost i hjernens evne til at omkoble sig selv og en tilsvarende forbedring af hukommelsen kunne videregives. Denne undersøgelse er sandsynligvis den første undersøgelse, der viser, at der er transgenerationelle effekter, ikke kun på adfærd, men på hjernens plasticitet.
I de senere år har forskere opdaget, at epigenetiske ændringer – arvelige ændringer, der ikke ændrer selve DNA-sekvensen – spiller en stor rolle i udviklingen, hvilket gør det muligt for genetisk identiske celler at udvikle forskellige egenskaber; epigenetiske ændringer spiller også en rolle ved kræft og andre sygdomme. (Definitionen af epigenetik er noget variabel, hvor nogle videnskabsmænd begrænser udtrykket til at henvise til specifikke molekylære mekanismer, der ændrer genekspression.) De fleste epigenetiske undersøgelser har været begrænset til en cellulær kontekst eller har set på de epigenetiske virkninger af lægemidler eller diæt in utero . Disse to nye undersøgelser er unikke ved, at den miljøændring, der udløser effekten – berigelse eller tidligt misbrug – sker før graviditeten. Giv mødre kemikalier, og det kan påvirke afkom og den næste generation, siger Larry Feig , en neurovidenskabsmand ved Tufts University School of Medicine i Boston, som overvågede en del af forskningen. I dette tilfælde skete [miljøændringen] langt før musene var frugtbare.
I Feigs undersøgelse blev mus, der er gensplejset til at have hukommelsesproblemer, rejst i et beriget miljø - givet legetøj, motion og social interaktion - i to uger i ungdomsårene. Dyrenes hukommelse blev forbedret - et ikke overraskende fund, eftersom berigelse tidligere har vist sig at øge hjernens funktion. Musene blev derefter bragt tilbage til normale forhold, hvor de voksede op og fik afkom. Denne næste generation af mus havde også bedre hukommelse, på trods af at de havde den genetiske defekt og aldrig havde været udsat for det berigede miljø.
Forskerne så også på et molekylært hukommelseskorrelat kaldet langtidspotentiering eller LTP, en mekanisme, der styrker forbindelser mellem neuroner. Miljøberigelse fikserede defekt LTP i mus med den genetiske defekt; den faste LTP blev derefter givet videre til deres afkom. Resultaterne holdt stik, selv når hvalpe blev opdraget af hukommelsessvage mus, som aldrig havde haft fordelene ved legetøj og social interaktion. Når man ser på afkom, har de stadig defekten i proteinet, men de har også normal LTP, siger Feig. Resultaterne blev offentliggjort i dag i Journal of Neuroscience .
Hvis resultaterne kan formidles til mennesker, betyder det, at pigers uddannelse er vigtig ikke bare for deres generation, men for den næste, siger Moshe Szyf fra McGill University i Montreal, som ikke var involveret i forskningen.
I en anden undersøgelse fandt forskerne ud af, at rotter opvokset af stressede mødre, der forsømte og fysisk misbrugte deres afkom, viste specifikke epigenetiske modifikationer af deres DNA. De misbrugte mus voksede op til at være fattige mødre og så ud til at videregive disse ændringer til deres afkom.
Tidligere forskning har vist, at dårlig rottemodning kan overføres gennem denne form for DNA-modifikation - men disse ændringer menes at være udløst specifikt af moderens adfærd. I det nye studie fik forskerne også raske mødre til at opdrage afkom af stressede mødre og fandt ud af, at problemerne kun delvist var løst. Det tyder på, at ændringerne ikke skyldtes deres neonatale oplevelse, siger David Sweatt , en neurovidenskabsmand ved University of Alabama i Birmingham, som overvågede undersøgelsen. Det var noget, der allerede var der, da de blev født. Undersøgelsen blev offentliggjort online i sidste måned Biologisk Psykiatri .
Resultaterne af begge undersøgelser vil sandsynligvis være kontroversielle, måske genoplive en århundreder gammel debat. Det er meget provokerende, siger Lisa Monteggia , en neuroforsker ved University of Texas Southwestern Medical Center i Dallas. Det går tilbage til to tankegange: Lamarck versus Darwin.
I modsætning til naturlig udvælgelse, hvor organismer, der er født veltilpasset til deres miljø, overlever og formerer sig og videregiver disse vellykkede egenskaber, tyder Lamarckiansk evolution på, at dyr kan udvikle adaptive egenskaber, såsom bedre hukommelse, i løbet af deres levetid, og videregive dem. egenskaber til deres afkom. Sidstnævnte teori blev stort set opgivet som Darwins, og senere Mendels, teorier fik fat. Men begrebet Lamarckian arv har fået et comeback i de seneste år, efterhånden som forskere lærer mere om epigenetik.
Jeg satte mig ikke for at komme med fund, der understøtter neo-Lamarckiansk arv, siger Sweatt. Men forskningen gør det nu mere sandsynligt, at disse ting kan være virkelige og kan være baseret på molekylære mekanismer.
Feig på den anden side hævder, at selvom resultaterne er et Lamarckiansk slags fænomen, er det stadig darwinistisk, fordi ændringerne ikke varer evigt. I Feigs undersøgelse mistede afkommet af berigede mus deres hukommelsesfordele efter et par måneder.
Sweatt og andre siger, at denne type arv faktisk kan være meget mere almindelig end forventet. Forbedrende teknologier giver nu et bredere blik på de epigenetiske ændringer forbundet med miljø og adfærd. Forskere er begyndt at bruge DNA-mikroarrays, som i løbet af de sidste par år er blevet meget anvendt i genetiske undersøgelser af sygdom, til at se på en bestemt type forandring, kendt som DNA-methylering. De ændringer, vi ser, er ikke begrænset til et lille antal gener, siger Szyf, der bruger teknologien til at studere epigenetik og kræft. Hele kredsløb ændres.
DNA-sekventering, som hurtigt falder i pris, kan også bruges til at studere DNA-methylering. Men epigenetiske undersøgelser kræver højvolumen sekventering, hvilket har været uoverkommeligt dyrt. I modsætning til genomet er hvert epigenom forskelligt i forskellige typer celler, siger Sweatt. Et menneskeligt epigenomprojekt ville svare til 250 menneskelige genomer, fordi der er mindst 250 celletyper i kroppen. Billig sekventering kan snart gøre den type undersøgelse mulig, siger han.
Den faktiske mekanisme, der ligger til grund for disse arvemønstre, er noget mystificerende for videnskabsmænd. Feig teoretiserer, at miljøberigelse udløser en langvarig hormonel forandring: Når dyret bliver drægtigt, vil hormonet på en eller anden måde modificere fosterets DNA, hvilket i sidste ende får det til at få forbedret hukommelse og LTP som teenager. Han advarer dog om, at der ikke er nogen direkte beviser for dette, og ingen specifikke beviser for, at adfærden overføres gennem epigenetiske mekanismer.