A múltbeli evolúciós kompromisszumok a növény genetikai javításának és az emberi élettartam növekedésének lehetőségét jelentik

Absztrakt

Bevezetés

A növények és az emberek adaptív és rosszul adaptív környezeti reakciói a jelenlegi környezetre tükrözik evolúciós örökségünket. Az évezredek folyamán a természetes szelekció valószínűleg nem hagyott ki egyszerű, kompromisszum nélküli fejlesztéseket (Denison et al. 2003). Az „egyszerű” itt olyan mutációkra utal, amelyek gyakran elegendő méretű populációban fordulnak elő, például olyanok, amelyek egy adott gén expressziójának növekedéséhez vezetnek, vagy egy aminosav szubsztitúciói egy adott enzimben (nyilvánvalóan néhány összetettebb változás) soha nem fordultak elő egy adott fajnál, ezért soha nem vizsgálták őket természetes szelekcióval). A „kompromisszummentes” fejlesztések azok, amelyek minden körülmények között növelik az alkalmasságot (például nedves és száraz körülmények között), például egy kulcsfontosságú enzim hatékonyságának növelése anélkül, hogy például szűkítenék annak hőmérsékleti tartományát.

Gyakran a tulajdonság természetes szelekcióval történő elutasítása olyan kompromisszumokon alapult, amelyek a jelenlegi emberi kritériumok szerint is elfogadhatatlanok (például a növekedés jó körülmények között történő feláldozása a szárazság jobb növekedése érdekében). Például egy friss cikk elismeri, hogy az aszálytűrő transzgenikus kukorica genotípus „elakadt növekedéssel” járt (Nelson és mtsai 2007). Ugyanez a cikk azt állítja, hogy egy adott transzkripciós faktor nagyobb expressziójú új transzgénikus vonal nagyobb hozammal rendelkezik ’P-n. Az 1. ábra hipotézisünk sztochasztikus szimulációjának tipikus eredményeit mutatja. Feltételeztük, hogy a fiatalkori mortalitás szinuszos módon változik, a változó élelmiszer-hozzáférhetőség miatt. Felnőtteknél a halálozás kockázatát egy adott évben feltételezték, hogy 25%, ha termékeny, és 20%, ha késlelteti a szaporodást. Három genotípus, amelyekről feltételezzük, hogy a nulla időpontban egyformán bőségesek, csak a szaporodási érettség korában különböznek egymástól, és abban, hogy érettségük esetén késleltették-e valaha a szaporodást. Az a genotípus, amely mindig 2 évesen érlelődött, felülmúlta azt a genotípust, amely mindig 3 évesen érett. De a fakultatív késleltetésű genotípus mindkettőt felülmúlta. Az éhínség idején mindhárom genotípus populációja csökkent, de a fakultatív késleltetésű genotípus kissé alacsonyabb mortalitása miatt ez kevésbé csökkent. Annak ellenére, hogy e genotípus egyedeinek csak a felét feltételezték késleltetni a szaporodást - a környezeti jelek, mint például az „éhínséges ételek” fogyasztása valószínűleg nem 100% -os pontos, ez a genotípus megduplázta arányos reprezentációját két éhínség során.

A szaporodás fakultatív késleltetése (csak akkor, ha az „éhínséges ételek” fogyasztása népességcsökkenést jósol) az erőnlét megnövekedése, a reprodukciót mindig vagy soha nem késleltető.

Arra a következtetésre jutunk, hogy a korábbi természetes szelekció valóban összekapcsolhatta a termékenységet a korábbi populáció csökkenésével járó környezeti jelzésekkel. Ez megmagyarázhatja, hogy az étrendi korlátozás (Partridge és Brand 2005), az olyan stresszek, mint a megemelkedett hőmérséklet (Maynard Smith 1958; Hercus és mtsai 2003), és talán a hagyományos éhínséges ételek fogyasztása (Ratcliff és mtsai 2009) meghosszabbítják az életet, a termékenység. Azt is megmagyarázza, hogy az ételszagok (Alcedo és Kenyon 2004; Libert és mtsai 2007) és a még cukormentes üdítők fogyasztása (Dhingra és mtsai 2007; Lutsey és mtsai 2008) miért fordítják meg az étrend korlátozásának előnyeit. Az élelmiszerek mennyisége és minősége, a hőmérsékleti stressz, az ételszagok és az édes ízek olyan információkkal szolgálnak, amelyek gyakran megjósolták a népesség teljes méretének változását. Az emberek és más fajok ezért olyan neurológiai és fiziológiai válaszokat fejlesztettek ki, amelyek csökkentik a termékenységet, ha a populáció mérete valószínűleg csökken, ezáltal növelve a túlélés esélyét, hogy utódokat hozzon létre egy kisebb jövőbeli génállományban.

Hipotézisünk gyakorlati következményei, ha helyesek, az lehet, hogy jelentősen meghosszabbíthatja az emberi életet, ha hajlandóak vagyunk elfogadni a termékenység bizonyos mértékű csökkenését. Csak olyan jelzéseket kell biztosítanunk testünk számára, amelyek evolúciós történelmünk releváns részein keresztül megbízhatóan megjósolt népesség csökken. Ha kevesebbet eszik, vagy olyan növényeket fogyaszt, amelyek alacsony dózisban tartalmaznak bizonyos természetes toxinokat, ez hozzájárulhat a hipotetikus reprodukció és a hosszú élettartam közötti váltáshoz a nagyobb élettartam felé. Gyógyszerészeti megközelítések is lehetségesek, mivel azonosítjuk a jelátviteli utakat, amelyek ehhez a kapcsoláshoz vezetnek, bár a váratlan mellékhatások kockázata nagyobb lehet az új vegyületek esetében.

Perspektíva

Valamikor megérthetjük a növények, a hasznos mikrobák vagy az emberek belső működését - és kölcsönhatásukat a környezetükkel - ahhoz, hogy az első elvektől fogva nagykereskedelmi genetikai változásokat vagy orvosi beavatkozásokat tervezzünk és hajtsunk végre, bízva abban, hogy képesek vagyunk megjósolni az összes hatások. A ma megkísérelt „fejlesztések” közül sok viszonylag egyszerű változással jár, például egy meglévő gén expressziójának növelésével. Az ilyen változások általános következményeinek megjóslásakor feltételeznünk kell, hogy az ilyen „új” fenotípussal rendelkező mutánsok már korábban felmerültek, és fel kell tennünk a kérdést, miért haltak meg ezek a mutánsok. Gyakran azonban a természetes szelekcióval elutasított lehetőségek emberi szempontok alapján meglehetősen elfogadhatóak lehetnek. Egy kis egyed-növény fitnesz feláldozásával olyan növényeket fejleszthetünk, amelyek hatékonyabban használják fel a közös erőforrásokat, és javítják a talaj mikrobiális közösségeit a későbbi növények számára előnyös módon. Hasonlóképpen, ha hajlandóak vagyunk feláldozni a tini terhességet, akkor képesek lehetünk hosszabb és egészségesebb életet élni.

Köszönetnyilvánítás

Ez az anyag részben azon a munkán alapul, amelyet a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatott a DEB-0918897 támogatás alatt.