En ny undersøgelse ser på de genetiske tilpasninger, der tillader tibetanere at leve i store højder trods lave iltniveauer.
Fotokredit: Kiril Rusev / Flickr
Genetiske tilpasninger, der blev fundet hos mennesker, der lever i store højder på det tibetanske plateau, stammer sandsynligvis for ca. 30.000 år siden hos folk, der var relateret til moderne sherpa.
Disse gener blev sendt videre til nyere migranter fra lavere forhøjninger via populationsblanding og blev derefter forstærket ved naturlig selektion i den moderne tibetanske genpool, viser en ny undersøgelse.
Forskere siger, at overførslen af gavnlige mutationer mellem menneskelige populationer og selektiv berigelse af disse gener i efterkommende generationer er en ny mekanisme til tilpasning til nye miljøer.
”Det tibetanske genom ser ud til at stamme fra en blanding af to forfædres genpooler,” siger Anna Di Rienzo, professor i humangenetik ved University of Chicago og tilsvarende forfatter til undersøgelsen.
”En migrerede tidligt til høj højde og tilpassede sig dette miljø. Den anden, der for nylig vandrede fra lav højde, erhvervede de fordelagtige alleler fra den bosiddende højhøjde ved at opdrætte og danne det, vi i dag betegner som tibetanere. ”
Høje højder er udfordrende for mennesker på grund af lave iltniveauer, men tibetanere tilbringer deres liv over 13.962 fod (3.962 meter) med lidt problemer. De er bedre egnet sammenlignet med kortvarige besøgende fra lav højde på grund af fysiologiske egenskaber, såsom relativt lave hæmoglobinkoncentrationer i højden.
Unikke for tibetanerne er varianter af EGLN1- og EPAS1-generne, nøggener i oxygenhomostase-systemet i alle højder. Disse varianter blev antaget at have udviklet sig for ca. 3.000 år siden, en dato, der er i konflikt med meget ældre arkæologiske beviser for menneskelig bosættelse i Tibet.
Evolution som tinkerer
For at kaste lys over de evolutionære oprindelser af disse genvarianter opnåede Di Rienzo og kolleger genomomfattende data fra 69 nepalesiske Sherpa, en etnisk gruppe relateret til tibetanere. De blev analyseret sammen med genomerne af 96 ikke-beslægtede individer fra højhøjdeområder på det tibetanske plateau, verdensomspændende genomer fra HapMap3 og Human Genome Diversity Panel samt data fra indiske, centralasiatiske og to sibiriske populationer gennem flere statistiske metoder og sofistikeret software.
Forskerne fandt, at på et genomisk niveau ser moderne tibetaner ud til at stamme fra populationer relateret til moderne Sherpa og Han-kinesere. Tibetanere har en nogenlunde jævn blanding af to forfædres genomer: den ene en højhøjdekomponent, der deles med Sherpa, og den anden en lavhøjdekomponent, der deles med lavtliggende østasiatiske.
Komponenten med lav højde findes ved lave til ikke-eksisterende frekvenser i moderne Sherpa, og komponenten med høj højde er usædvanlig i lavlandere. Dette antyder kraftigt, at forfædrepopulationerne af tibetanere blandede og udvekslede gener, en proces, der er kendt som genetisk blanding.
Holdet spores historien om disse forfædresgrupper gennem genomanalyse, og holdet identificerede en befolkningsstørrelse opdelt mellem Sherpa og lavlandet østasiatiske for omkring 20.000 til 40.000 år siden, et interval, der er i overensstemmelse med den foreslåede arkæologiske, mitochondria DNA og Y kromosom bevis for en indledende kolonisering af Tibetansk plateau for omkring 30.000 år siden.
”Dette er et godt eksempel på evolution som en tænker,” siger Cynthia Beall, ph.d., professor i antropologi ved Case Western Reserve University og medforfatter til studiet. ”Vi ser andre eksempler på blandinger. Uden for Afrika har de fleste af os neandertalgener - ca. 2 til 5 procent af vores genom - og mennesker i dag har nogle immunsystemgener fra en anden gammel gruppe kaldet Denisovans. ”
Et nyt værktøj
Forskere fandt også, at tibetanere delte specifikke komponenttræk i høj højde med Sherpa, såsom EGLN1- og EPAS1-genvarianterne, på trods af den betydelige mængde genombidrag fra østlige asiater i lavlandet.
Yderligere analyse afslørede, at disse tilpasninger blev uforholdsmæssigt forbedret i frekvens hos tibetanere efter blanding, stærkt bevis for naturlig udvælgelse ved leg. Dette står i modsætning til eksisterende modeller, der foreslår valg fungerer gennem nye fordelagtige mutationer eller på eksisterende varianter, der bliver gavnlige i et nyt miljø.
”De kromosomale placeringer, der er så vigtige for tibetanerne at leve i store højder, er steder, der har et overskud af genetisk aner fra deres højhøjde forfædres genpool,” siger Di Rienzo. ”Dette er et nyt værktøj, som vi kan bruge til at identificere fordelagtige alleler i tibetanere og andre befolkninger i verden, der har oplevet denne type blanding og selektion.”
Foruden EPAS1- og EGLN1-generne opdagede forskerne to andre gener med en stærk andel af højhøjde genetisk aner, HYOU1 og HMBS. Førstnævnte er kendt for at være opreguleret som reaktion på lave iltniveauer, og sidstnævnte spiller en vigtig rolle i produktionen af heme, en vigtig bestanddel af hæmoglobin.
”Der er en stærk mulighed for, at disse gener er tilpasninger til stor højde,” siger Di Rienzo. ”De repræsenterer et eksempel på, hvordan den forfædringsbaserede tilgang, der bruges i denne undersøgelse, vil hjælpe med at gøre nye opdagelser om genetiske tilpasninger.”
Forskere fra Oxford University Clinical Research Unit på Patan Hospital i Nepal og Mountain Medicine Society of Nepal bidrog til undersøgelsen, som National Science Foundation støttede.
Via Futurity