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农业如何帮助人类进化,从碳水化合物中获得更多能量

时间:2024-09-06来源:网络作者:小白

当农业开始普及时,像小麦这样的高碳水化合物主食在人类饮食中的比例急剧上升。(图片:uux.cn/Deposit Photos)


(神秘的地球uux.cn)据《大众科学》(劳拉·贝萨斯):我们的身体绝对需要碳水化合物来提供能量。这是一个生存问题。在过去的12000年里,一些人类群体实际上增加了帮助分解淀粉和糖的基因数量。在那段时间里,欧洲人的淀粉分解基因从平均8个增加到11个以上。


随着农业从中东蔓延到整个欧洲,这种适应追踪了从狩猎采集生活方式向更农业生活方式的转变。小麦等高碳水化合物主食在人类饮食中的含量急剧增加,有效吸收所有这些能量的能力是有利的。9月4日发表在《自然》杂志上的一项研究详细介绍了这些发现。


关注“淀粉酶基因座”


人类基因组中大约19900个已知基因中的一些可以产生基因编码的特定蛋白质,称为酶。酶具有多种功能,淀粉酶是帮助身体分解碳水化合物的酶。淀粉酶在唾液和胰腺中产生,将淀粉消化成糖,为身体提供能量。


该研究的合著者、加州大学伯克利分校的生物学家Peter Sudmant在一份声明中说:“如果你把一块干意大利面放进嘴里,最终它会变得有点甜。”。“这是唾液淀粉酶将淀粉分解成糖。这发生在所有人类以及其他灵长类动物身上。”


拥有更多的基因拷贝通常意味着生物体具有更高水平的蛋白质,这些蛋白质由基因编码特定的酶。倭黑猩猩、黑猩猩和尼安德特人的基因组都有一个AMY1基因的拷贝。1号染色体上的这个基因编码唾液淀粉酶。他们的基因组也有两个胰腺淀粉酶基因AMY2A和AMY2B的一个拷贝。这三个基因都位于灵长类动物基因组中科学家称之为淀粉酶基因座的区域内,彼此靠近。然而,人类基因组有点不同。


“我们的研究发现,人类基因组的每个拷贝都含有1到11个AMY1拷贝、0到3个AMY2A拷贝和1到4个AMY2B拷贝,”该研究的合著者、加州大学伯克利分校博士后Runyang Nicolas Lou在一份声明中说。“拷贝数与基因表达和蛋白质水平相关,从而与消化淀粉的能力相关。”



大约12000年前,当人类驯化谷物时,自然选择开始青睐具有编码淀粉酶的额外基因的基因组,淀粉酶将淀粉转化为糖。这些额外的基因滑入了基因组中三个淀粉酶基因最初所在的同一区域(顶部箭头),尽管有些基因发生了逆转(下部箭头)。淀粉酶基因的多个拷贝可能使农业社会能够更有效地从富含碳水化合物的饮食中提取能量。致谢:uux.cn加州大学伯克利分校的Peter Sudmant


通过基因分析,研究小组发现,大约12000年前,欧洲各地的人类平均拥有4个唾液淀粉酶基因拷贝。随着时间的推移,这一数字已增至约7人。两个胰腺淀粉酶基因的总拷贝数也平均增加了半个基因。碳水化合物基因的增加表明,具有多拷贝淀粉酶基因的染色体一定具有强大的生存优势。


生活方式的转变


重要的是,该团队还发现了世界各地其他农业人群淀粉酶基因增加的证据。这些淀粉酶基因所在的染色体区域在所有这些种群中看起来也很相似,无论在该文化中驯化了哪种淀粉植物。


根据该团队的说法,这表明随着农业在世界各地的人口中兴起,它似乎以令人难以置信的相似方式迅速改变了人类基因组,以利用这种增加的碳水化合物获取来为我们带来优势。导致淀粉酶基因拷贝数变化的进化速度比人类基因组中单个DNA碱基对变化的速度快约10000倍。


Sudmant说:“长期以来,人们一直认为,自农业出现以来,欧洲人淀粉酶基因的拷贝数有所增加,但我们以前从未能够完全测序这个基因座。这是极其重复和复杂的。”。“现在,我们终于能够完全捕捉到这些结构复杂的区域,并据此调查该区域的选择历史、进化时间和全球人口的多样性。现在,我们可以开始思考与人类疾病的关联。”


其中一个可疑的关联是蛀牙。一些早期的研究表明,拥有更多的AMY1拷贝与更多的蛀牙有关。这可能是因为唾液在将咀嚼食物中的淀粉转化为糖方面做得更好,糖为吃牙齿的细菌提供食物。


长读测序


该研究还利用了一种称为长读测序的基因测序过程。这使科学家能够读取数千个碱基对长的DNA序列,以准确捕捉重复片段的位置。


在进行这项研究时,人类全基因组参考联盟(HPRC)已经收集了94个人类单倍体基因组的长读序列。该团队利用这些基因组来评估当代淀粉酶区域的多样性。然后,他们在519个古代欧洲基因组中评估了同一区域。使用HPRC的基因组(称为泛基因组)提供了一个更具包容性的参考,可以更准确地捕捉人类多样性。


该研究的合著者、加州大学伯克利分校的博士后Joana Rocha将淀粉酶基因聚集的区域与“由不同乐高积木制成的雕塑。这些是单倍型结构。之前的工作必须先取下雕塑,并从一堆积木中推断出雕塑的样子。长读测序和泛基因组学方法现在使我们能够直接检查雕塑,从而为我们研究不同单倍型结构的进化历史和选择性影响提供了前所未有的力量。”


科学家们可以使用长读测序来探索基因组的其他领域,包括与我们的免疫系统、皮肤色素沉着和粘液产生有关的领域。在人类近代史上,这些斑点都经历了快速的基因复制。


研究合著者、田纳西大学健康科学中心计算生物学家埃里克·加里森在一份声明中说:“我们在这里能够做的一件令人兴奋的事情是探测现代和古代基因组,以剖析该位点的结构进化史。”。


这些方法也可以应用于其他物种,特别是那些经常在人类周围的物种。狗、猪、大鼠和小鼠都比它们更野生的亲戚拥有更多的淀粉酶基因拷贝,可能会利用我们的餐桌残渣和垃圾。

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默克尔:当初若不是我阻止乌克兰加入北约,俄乌冲突早就爆发了

【文/观察者网 刘程辉】“如果默克尔没有阻止乌克兰加入北约,俄乌冲突还会爆发吗?”英国广播公司(BBC)11月25日发表了对德国前总理默克尔的专访报道。默克尔在采访中说,她任内与俄罗斯达成的天然气协议是为了帮助德国公司,并维护与俄罗斯的和平。默克尔坚称,如果她没有在2008年阻止乌克兰加入北约,俄罗斯与乌克兰的冲突早就爆发了。 “我们早就预见了军事冲突。我完全清楚,俄罗斯总统普京不会袖手旁观,放任乌克兰加入北约。”默克尔说,“在那个时候,乌克兰这个国家肯定不会像2022年2月那样做好(战争)准备。” 乌克兰总统泽连斯基曾抨击默克尔阻止乌克兰加入北约是明显的“误判”,他抱怨这一决定促使俄罗斯更加“大胆”。 默克尔接受BBC采访画面 值得一提的是,默克尔2022年12月在德媒《时代周报》发表的采访文章中坦言,德国和法国在2014年推动明斯克协议谈判是为了“争取时间”,让乌克兰得以“增强军事力量”,“所有人都清楚,冲突已暂时冻结,问题还没有得到解决,但这给了乌克兰宝贵的时间。” 对于默克尔的这一说法,普京后来回应说,默克尔关于明斯克协议的评价表明,俄方对乌克兰发起特别军事行动的决定是正确的。他称,对乌克兰的特别军事行动本可以更早开始,但俄罗斯曾希望在明斯克协议的框架内解决问题,“事实证明,没有人会执行明斯克协议”。 谈及俄罗斯可能在战场上使用核武器的猜测,默克尔在专访中说:“我们必须尽一切可能阻止使用核武器。”“我们不应该因为恐惧而束手无策,我们也必须承认,俄罗斯是与美国并列的世界上最大的两个核大国。” 尽管已退出政坛,默克尔的对俄政策仍饱受批评,其中包括德国对廉价俄罗斯天然气的依赖,特别是与俄罗斯直接相连的“北溪”天然气管道。2022年,她拒绝了道歉的呼吁,坚持认为自己的决定是基于当时的实际情况。 意大利前总理马泰奥·伦齐曾表示,作为欧洲最大经济体德国的掌舵人,默克尔是欧洲事实上的领导者——“欧盟的老板”。 “人们不能因为与俄罗斯的关系而攻击默克尔。”伦齐说,“2005年和2006年,(发展对俄关系)是欧洲每个人的目标,而不仅仅是安格拉·默克尔的目标。” 2019年12月,泽连斯基、默克尔、马克龙和普京在巴黎举行会晤。路透社 默克尔对BBC说,她在任内尽其所能确保与俄罗斯的和平合作。 至于为何要修建天然气管道,默克尔给出了两个原因:一是为了德国的商业利益,二是为了与俄罗斯保持和平。 默克尔坚称,她试图通过外交和谈判遏制俄罗斯对乌克兰的袭击,但最终失败了。她说,在乌克兰遭到俄罗斯的全面进攻后,欧洲与俄罗斯关系进入了“令人遗憾”的新时代。 对于特朗普的第二任期,默克尔给现任德国政府提了个建议。 “搞清楚你的优先事项是什么,然后清楚地表达出来,别害怕,这真的很重要,因为特朗普就是个非常直言不讳的人。”默克尔说,“他会把话说得很清楚。因此如果你也是这么做的,那么你们就会建立一定的相互尊重。” “无论如何,这就是我的经验。”她说。 返回搜狐,查看更多 责任编辑:
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