Возможно, вы помните исследование НАСА о близнецах, в ходе которого 10 разных групп исследователей изучали астронавта Скотта Келли, который провел год на борту Международной космической станции в 2015 и 2016 годах, и сравнивали его со своим однояйцевым близнецом, коллегой-астронавтом Марком Келли., который остался на Земле.
Часть этого исследования включала изучение и сравнение ДНК близнецов, и, как подробно описано в этой статье в Atlantic, она вызвала переполох, когда многочисленные новостные агентства неверно истолковали результаты и ошибочно сообщили, что ДНК Скотта Келли была значительно изменена к тому времени. в космосе. На самом деле, как поясняется в пресс-релизе НАСА, ДНК Скотта Келли принципиально не изменилась. Но исследователи наблюдали изменения в экспрессии генов, то есть в том, как гены реагируют на окружающую среду.
Большая часть экспрессии генов Скотта вернулась к норме после того, как он вернулся на Землю, но 7 процентов экспрессии его генов не вернулись. Как отмечается в пресс-релизе НАСА, эта 7-процентная разница указывает на возможные долгосрочные изменения в генах, связанных с иммунной системой Келли, репарацией ДНК и сетями формирования костей. Изменения могут также повлиять на то, как гены Келли реагируют на гипоксию, или кислородное голодание, и гиперкапнию, состояние, когда в кровотоке слишком много углекислого газа. (Последнее является потенциальной проблемой на МКС, где, как отмечается в этом исследовании 2012 года, уровни CO2 в окружающей среде превышают нормальные атмосферные условия на Земле, и экипажи регулярно сообщают о таких симптомах, как головные боли и вялость.)
Космос или стресс?
Но были ли изменения в экспрессии генов Скотта Келли вызваны пребыванием в космосе или просто результатом крайне стрессовой обстановки? Один из способов ответить на этот вопрос - изучить альпинистов на большой высоте, где разреженная атмосфера и низкие температуры могут способствовать стрессу, и сравнить их с близнецами, оставшимися на более низкой высоте.
Кристофер Мейсон, адъюнкт-профессор Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке, руководивший исследованием экспрессии генов НАСА, разработал аналогичный эксперимент с участием двух альпинистов, Вилли Бенегаса и Мэтта Мониза, которые планировали восхождение на вершину горы. вершина Эвереста в мае. Согласно отчету в журнале Science, у обоих альпинистов есть близнецы, которые остаются на более низких высотах - однояйцевый близнец Бенегаса и разнояйцевый близнец Мониша - для сравнения. (По данным реестра близнецов Мичиганского государственного университета, у однояйцевых близнецов на 100 процентов совпадают гены, а у разнояйцевых близнецов - 50 процентов.)
Это если все пойдет по плану. 11 мая на веб-сайте журнала Outside появилось сообщение о том, что нормативные проблемы в Непале могут помешать восхождению. Тем не менее, Бенегас сообщил в электронном письме от 14 мая, что восхождение все еще продолжается, и двое альпинистов нацелились на 20 мая как день достижения вершины..
Но уже есть научные доказательства того, что полеты на большие высоты на Земле могут изменить экспрессию генов. Зак Чевирон, доцент Университета Монтаны, принимал участие в исследованиях влияния высоты на оленьих мышей. Это крошечное существо отличается самым большим диапазоном высот среди млекопитающих Северной Америки: от уровня ниже уровня моря в Долине Смерти до склонов гор на высоте более 14 000 футов (4 300 метров).
Шевирон, который не участвует в исследовании Эвереста, говорит, что низинные олени-мыши при имитации пребывания на большой высоте испытывают изменения в экспрессии генов, которые влияют на структуру их мышц. Изменения в экспрессии заставят их развить больше медленных, окислительных мышечных волокон и увеличить количество кровеносных сосудов. Эти изменения являются реакцией на акклиматизацию, которая позволяет мышам справляться с горной средой, где более разреженный воздух затрудняет поставку необходимого кислорода в мышечную ткань.
Изменения Мимической Эволюции - В точку
Экспрессия генов - это расширение физиологии, включение и выключение генов, потому что это повышает выживаемость в таких условиях, объясняет Чевирон.«Для некоторых признаков пластичность, обусловленная экспрессией генов, похоже, имитирует адаптацию, обусловленную эволюцией», - говорит он.
Но это верно только до определенного момента, подчеркивает Шевирон. Мыши-олени, рожденные в горах, потомки предыдущих поколений мышей, эволюционировавших на больших высотах, имеют мутацию, которая позволяет им экспрессировать те же самые гены, влияющие на мышечные волокна и кровеносные сосуды, на гораздо более высоких уровнях, чем когда-либо могли бы это делать равнинные мыши.
«Если вы возьмете жителей низменностей и подвергнете их воздействию больших высот, они получат экспрессию генов, чтобы развить больше кровеносных сосудов», - говорит Чевирон. «Но их будет не так много, как горцев».
Не все приспособления экспрессии генов, которые обитатели низин делают на больших высотах, также обязательно хороши. Как подробно рассказывается в этой статье журнала Science за 2014 год, многие тибетцы, живущие на больших высотах, унаследовали гены, которые позволяют их телам более эффективно использовать кислород, не имея при этом большого количества эритроцитов, насыщенных гемоглобином. Когда житель низин поднимается на те же высоты, его или ее тело пытается справиться с этим, вырабатывая больше эритроцитов - изменение, которое сгущает кровь, делая человека более уязвимым для тромбов и инсультов.
Интересно
Как подробно описано в этой статье Смитсоновского института 2016 года, ученый викторианской эпохи Фрэнсис Гальтон, сводной кузен Чарльза Дарвина, был одним из первых исследователей, которые использовали сравнения между близнецами для изучения того, какие черты были унаследованы, а какие были реакцией на среда.