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人类的高效“降温”能力从何而来?

人类皮肤上分布有相当高密度的汗腺――是黑猩猩和猕猴的10倍。近日,美国宾夕法尼亚大学医学院的研究人员揭示了这种独特“降温”特性的基因进化史。相关论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

人类的遗传突变。

研究人员表示,人类皮肤的汗腺密度之所以如此之高,很大程度上得益于DNA调控区(增强子区域)上发生并积累的变化。这些变化驱动了汗腺制造基因的表达,使人类成为类人猿中最爱出汗的一大物种。“该研究准确定位了人类一种最极端、最独特的进化特征的遗传基础。”论文作者、宾夕法尼亚大学医学遗传学助理教授Yana Kamberov博士说。

科学家们普遍认为,人类高密度的汗腺反映了一种古老的进化适应。这种适应以及大部分身体毛发的丧失,能帮助人类通过蒸发汗液来达到降温的目的。如此,对早期人类而言,在炎热、荒芜的非洲大草原上奔跑、狩猎和生存变得更容易了。

2015年,Kamberov曾在小鼠身上发现,一种被称作EN1(Engrailed 1)的基因的表达水平决定了小鼠汗腺的密度。EN1编码一种转录因子蛋白,后者会在发育过程中诱导未成熟的皮肤细胞形成小汗腺。基于这一特性,Kamberov和他的同事们推测,增加EN1含量的遗传进化或许是促使人类产生更多汗腺的方法之一。

基因的活性通常受到DNA中邻近的增强子区域的影响,激活基因的因子可以结合在一起,并帮助驱动基因的表达。在这项研究中,Kamberov和她的团队发现了一个被称为hee18的增强子区域,它能促进皮肤中EN1的产生,从而诱导更多汗腺形成。研究人员表示,人类版本的hee18比猿或猕猴版本更活跃。

Kamberov团队还对人类hee18独有的个体突变进行了分析,展示了为什么其中一些基因会促进EN1的表达,并表明若将这些突变回退到黑猩猩版本的hee18,会使增强因子的活性降低到黑猩猩水平。

此前,针对人类特有进化特征(如语言)的研究,通常涉及多个调控区域的复杂基因变化。然而,新研究表明,人类的“高汗”特征(至少在一定程度上)是通过调控区域hECE18中的反复突变而进化的。

此外,本研究还具有医学意义。“严重的伤口或烧伤通常会破坏皮肤上的汗腺,到目前为止,我们还不知道如何让汗腺再生。但这项研究让我们离汗腺再生更近了一步。”Kamberov说。

科界原创

编译:橘子

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《美国国家科学院院刊》

期刊编号:0027-8424

原文链接:

https://phys.org/news/2021-04-chillest-ape-humans-evolved-super-high.html

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