Биологи Калифорнийского Университета в Риверсайде обнаружили, что произвольная деятельность такая как, ежедневные упражнения, является наследуемым признаком, активно передаваемым генетически из поколения в поколение. В будущем это дает возможность повышать уровнь активности с помощью медицинских препаратов. Результаты исследования были опубликованы 1 сентября 2010 года в журнале "Труды Королевского сообщества: биологические науки" (Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences).
Исследуя лабораторных мышей, они обнаружили, что уровень активности можно увеличить при помощи «селекции» – процесса разведения растений и животных с целью получения конкретных генетических признаков. Их эксперименты показали, что мыши, которых разводили для получения способности к быстрому бегу, производили «быстрое» потомство. Таким образом, потомство наследовало эту генетическую особенность.
«Наши результаты крайне актуальны для здоровья человека» - говорит Теодор Гарланд, младший, профессор биологии, чья лаборатория провела это многолетнее исследование. «В будущем людей можно будет лечить от физической пассивности с помощью фармакологических препаратов, нацеленных на гены, отвечающих за активность. Фармакологическое вмешательство в будущем сделает процесс добровольных тренировок более приятным. Более того, такое лечение сделает сидячий образ жизни менее привлекательным».
У людей уровни активности широко варьируются от пребывания в состоянии крайней пассивности до высокой спортивной активности.
«В западном обществе наблюдается стремительно прогрессирующая эпидемия ожирения, и все же мы мало знаем о том, что определяет эти вариации, определяющие добровольный уровень активности у людей» - говорит Гарланд.
Исследователи начали эксперименты в 1993 на 224 мышах, чьи уровни генетической вариации были схожими с соответствующими уровнями, наблюдаемыми у популяции диких мышей. Исследователи произвольно разделили грызунов на 8 отдельных линий – 4 линии, разводимые для высоких показателей ежедневного бега, а 4 остальные - в качестве контрольных – и измерили, какую дистанцию мыши добровольно пробегали в день на колесе, прикрепленном к клетке.
На основании 4 поколений мышей, в каждом из которых ежегодно рождалось 1000 мышей, исследователи смогли получить высоко активных особей в 4 линиях «бегунов», отбирая наиболее быстрых грызунов мужского и женского пола из каждого поколения для произведения последующего потомства. В контрольных линиях, производители отбирались произвольно, что означало, что грызуны изменялись лишь в результате случайного дрейфа генов.
Мыши бегали на колесе, прикрепленном к клетке. Бег в колесе является добровольным поведением для мышей. Они могут сидеть в клетке и не бегать совсем. Если они начали бег, они могут в любой момент сойти с дистанции. В данном исследовании каждой мыши доступ к колесу был предоставлен только в течение 6 дней их жизни. С помощью компьютера регистрировалась каждая минута дистанции, которую (количество оборотов) мыши пробегали в течение этих 6 дней. Исследователи выбирали производителей в зависимости от длины дистанции, которые мыши пробегали на 5 и 6 день.
Изучая различия между воспроизведенными линиями, исследователи обнаружили, что мыши в 4 линиях «бегунов» пробегали в 2.5-3 раза больше кругов в день, по сравнению с мышами контрольных линий. Они также увидели, что особи мужского и женского пола изменились по-разному: женские особи увеличивали ежедневную дистанцию пробега исключительно за счет увеличения скорости, а мужские – не только увеличивали скорость, но также пробегали большее количество минут в день.
Данное исследование является примером подхода «экспериментальной эволюции», который применяется исключительно для решения биомедицинских проблем. Хотя этот подход чаще встречается в работе с системами микроорганизмов и дрозофилами, он редко применяется для изучения позвоночных из-за более длительного времени воспроизведения потомства и больших затрат на проведение. Тем не менее, результаты таких исследований могут сообщить биологам о фундаментальных эволюционных процессах, а также о работе организма с целью разработки новых терапевтических стратегий.
«Данное исследование экспериментальной эволюции подтверждает ранние наблюдения и ставит новые вопросы» - говорит Дуглас Футуйма, известный профессор экологии и эволюции в Университете Стоуни Брук, штат Нью-Йорк, который не принимал участие в исследовании. «Оно показывает, что существуют разные способы, с помощью которых виды могут развивать схожую адаптивную характеристику – в данном случае способность к бегу. Не останавливаясь на достигнутом, Гарланд и его коллеги теперь начинают исследовать способы, с помощью которых можно получить адаптивную черту, такую как размер мышцы или уровень метаболизма, с учетом половых различий, проявляющихся в результате селекции. Будет крайне интересно узнать, является ли хотя бы одна из этих реакций адаптивно лучше, чем другие».
Garland T Jr, Kelly SA, Malisch JL, Kolb EM, Hannon RM, Keeney BK, Van Cleave SL, Middleton KM. How to run far: multiple solutions and sex-specific responses to selective breeding for high voluntary activity levels. Proc Biol Sci. 2010, Sep 1.