Śledź ewolucję cykli snu człowieka

W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Biologia i ewolucja genomu, Naukowcy zbadali różnice w biologii okołodobowej między przodkami współczesnych ludzi a starożytnymi hominidami, takimi jak denisowianie i neandertalczycy, a także wpływ starożytnych introdukcji na ludzkie chronotypy, wykorzystując genomikę do śledzenia ewolucji chronotypów od starożytnych homininów do współczesnych ludzi.

Uważa się, że współczesny człowiek wyewoluował 300 000 lat temu w Afryce, gdzie czynniki środowiskowe odegrały znaczącą rolę w kształtowaniu jego biologicznego składu. Kiedy jednak przodkowie współczesnych ludzi z Eurazji wyemigrowali z Afryki około 70 000 lat temu, byli narażeni na różnorodne środowiska oraz sezonowe zmiany fotoperiodów i temperatur.

Badania na zwierzętach takich jak łosoś Chinook (Onchorinchus chaoicha(i muszki owocowe)Muszka owocowa czarnobrzuchy) odkryli, że różnice w poziomach i wzorcach ekspozycji na światło mają wpływ na biologię i zachowanie organizmów, w tym na polimorfizmy i różnice w częstości alleli genów zaangażowanych w układ dobowy. Jednakże, chociaż ewolucję układu okołodobowego i jego adaptację w odpowiedzi na różne środowiska badano szeroko na roślinach, rybach i owadach, brakuje takich badań wśród ludzi.

O badaniu

W bieżącym badaniu naukowcy zbadali rolę starożytnej interferencji w różnicach w biologii okołodobowej człowieka, stosując podejście genomiki porównawczej, aby zidentyfikować te różnice między anatomicznie współczesnymi ludźmi a starożytnymi homininami. Poprzednie badania wykazały, że szerokość geograficzna regionu jest powiązana z chronotypem danej osoby, czyli jej tendencją do spania o określonej porze dnia, na przykład rano lub wieczorem.

Co więcej, brak równowagi chronotypu powiązano z różnymi chorobami, takimi jak otyłość i rak, podczas gdy chronotyp wieczorny powiązano z zaburzeniami nastroju, takimi jak depresja, sezonowe zaburzenia afektywne i nasilenie epizodów afektywnych dwubiegunowych. Dlatego badacze postawili hipotezę, że zróżnicowane czynniki środowiskowe i geograficzne, z którymi spotykali się współcześni ludzie podczas migracji z Afryki na wyższe szerokości geograficzne, mogły spowodować potencjalne zaburzenia równowagi we wzorcach czasowych.

Ponadto hybrydyzacja między przodkami współczesnego człowieka a starożytnymi hominidami, takimi jak denisowianie i neandertalczycy, wprowadziła starożytne zmiany do genomu współczesnego człowieka. Chociaż duża część wprowadzonych genów została poddana selekcji negatywnej, wydaje się, że niektóre z tych alleli zaadaptowały się i zachowały, przyczyniając się do takich cech, jak odporność na patogeny, poziom hemoglobiny u Tybetańczyków żyjących na dużych wysokościach oraz poziom pigmentacji skóry.

Badanie wykorzystujące dane z brytyjskiego Biobanku wykazało również, że wprowadzone w starożytności allele były powiązane z wzorcami snu zgłaszanymi przez uczestników i przyczyniły się do dziedziczenia chronotypów. Wykorzystując genomy kilku starożytnych homininów, naukowcy ocenili warianty pod kątem czynników takich jak wpływ na splicing, białka i regulację łącznie 246 genów związanych z biologią okołodobową.

Ponadto, w oparciu o regiony wzbogacone w geny regulujące rytm dobowy, zbadali różnice w regulacji genów okołodobowych między starożytnymi homininami a anatomicznie współczesnymi ludźmi, które mogą wynikać z niespecyficznych różnic w przypadku poszczególnych linii rodowych.

wyniki

Wyniki wykazały identyfikację 28 genów zaangażowanych w układ dobowy, które zawierają warianty mogące zmieniać splicing genów u starożytnych hominidów. Naukowcy zidentyfikowali także 16 genów układu dobowego, które byłyby regulowane w różny sposób u starożytnych homininów i współczesnych ludzi, co sugeruje możliwą introgresję starożytnych genów, które modulują ekspresję genów okołodobowych.

Naukowcy odkryli również, że ekspresja ilościowych loci cech genów układu okołodobowego wskazuje na wzbogacenie wprowadzonych wariantów lub alleli, które powiązano z chronotypem. Spośród wprowadzonych wariantów te, które miały najsilniejszy wpływ na chronotyp, wykazały wzrost chronotypu porannego, co w przypadku innych gatunków powiązano z adaptacjami na dużych szerokościach geograficznych. Co więcej, w kilku loci związanych z układem okołodobowym zaobserwowano adaptacyjną introgresję, a także zmiany częstotliwości wprowadzonych alleli.

Wnioski

Ogólnie wyniki sugerują, że geny zaangażowane w regulację rytmów dobowych znacznie różniły się funkcjonalnie pomiędzy grupami homininów. Co więcej, zróżnicowanie fenotypów dobowych współczesnego człowieka sugeruje adaptacyjną korzyść wprowadzonych starożytnych alleli.