أدت التغييرات في الحمض النووي القديم إلى شغف الإنسان بالكربوهيدرات

تلعب الجينات الموروثة من الماضي البعيد دورًا رئيسيًا في قدرة البشر على تحليل ومعالجة الكربوهيدرات. لكن الأنواع البشرية القديمة لم تكن تمتلك جميعها هذه القدرة، ولهذا السبب كان علماء الوراثة مهتمين منذ فترة طويلة بالتغيرات في الحمض النووي القديم التي ساعدتنا على تطوير القدرة على هضم هذه النشويات المنتجة للطاقة.

الآن، كشفت دراسة جديدة من جامعة بوفالو ومختبر جاكسون للطب الجيني عن بعض المعلومات الرائعة التي تلقي الضوء على هذا التطور، المتعلق بالأحداث التي حدثت منذ أكثر من 800 ألف سنة. في هذا الوقت تم استنساخ الجين الضروري لإنتاج اللعاب الذي يهضم النشا لأول مرة، داخل جينوم سلف بشري قديم. وكانت هذه خطوة أولى بالغة الأهمية على طريق التغيير الجيني الذي حولنا إلى مخلوقات محبة للكربوهيدرات كما نحن اليوم.

ثورة في النشا تنهار

يحمل الإنسان المعاصر نسخًا متعددة من هذا الجين، والذي يُعرف باسم جين الأميليز اللعابي (AMY1). وبدون وجوده، لن نكون قادرين على تحطيم الكربوهيدرات المعقدة عند النقطة التي نبدأ فيها المضغ. هذه خطوة حيوية ولا غنى عنها تسمح لنا باستقلاب الأطعمة المحملة بالنشويات، بما في ذلك المواد الغذائية الأساسية مثل الأرز والمعكرونة والخبز.

وقال المؤلف المقابل للدراسة، الدكتور عمر جوككومين، الأستاذ بجامعة بوفالو في قسم العلوم البيولوجية: “الفكرة هي أنه كلما زاد عدد جينات الأميليز لديك، زادت كمية الأميليز التي يمكنك إنتاجها وزادت كمية النشا التي يمكنك هضمها بفعالية”. ، في بيان صحفي لمختبر جاكسون.

الأميليز هو إنزيم يكسر النشا إلى جلوكوز، ومن بين أشياء أخرى هذه العملية التي تعطي الأطعمة المحملة بالكربوهيدرات مذاقها اللذيذ.

تمثيل رسومي لموضع جين الأميليز وكيفية تطوره للتأثير على كيفية هضم البشر للكربوهيدرات المعقدة مثل الخبز والمعكرونة. (مختبر جاكسون)

لقد ثبت أن تتبع انتشار هذا الجين إلى جذوره التاريخية أمر صعب للغاية بالنسبة للباحثين. لكن الاختراقات في التكنولوجيا الوراثية توفر إمكانيات جديدة لحل الألغاز القديمة المتعلقة بالتطور والتغيرات في الحمض النووي القديم، كما تظهر الدراسة الجديدة التي أكملها الباحثون في جامعة بوفالو ومختبر جاكسون بوضوح.

استخدم هذا الفريق المتميز من خبراء الوراثة رسم خرائط الجينوم البصري وتسلسل القراءة الطويلة لتحليل منطقة الجينوم البشري حيث يوجد جين الأميليز اللعابي الحيوي (AMY1). الطريقة المعتادة لتسلسل القراءة القصيرة تجعل من الصعب للغاية التمييز بين نسخ الجينات في هذه المنطقة، لأنها تكتشف فقط تسلسل الحمض النووي الذي تتشاركه النسخ المختلفة. لكن التسلسل طويل القراءة يكشف عن تفاصيل وراثية أكثر دقة، مما يسمح للعلماء ليس فقط بالتمييز بين نسخ محددة من AMY1، ولكن أيضًا حساب الوقت الذي أدت فيه عملية النسخ إلى إنشاء النسخ المختلفة.

كما أوضح الباحثون في مقال جديد نشر للتو في المجلة علومتشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن أول انتشار لجين AMY1 حدث منذ أكثر من 800000 عام.

وقاموا بتحليل الجينوم الخاص بـ 68 إنسانًا قديمًا، بما في ذلك جينوم عمره 45000 عام تم استخراجه من البقايا البشرية المكتشفة في سيبيريا. أظهرت هذه الدراسات أن الصيادين وجامعي الثمار القدامى كان لديهم بالفعل ما بين أربع إلى ثماني نسخ من AMY1 لكل خلية، مما يعني أن عملية التكاثر يجب أن تكون قد بدأت قبل وقت طويل من الثورة الزراعية التي مكنت من زراعة وحصاد و/أو إنتاج كميات كبيرة من المبيدات الحشرية عالية الجودة. الأطعمة الكربوهيدراتية. ومن المثير للاهتمام، أنه تم العثور على نسخ AMY1 أيضًا في الجينومات المستخرجة من بقايا الهياكل العظمية لإنسان النياندرتال والدينيسوفان، والتي يعود تاريخها إلى مسافة أبعد قليلاً من عينات الهيكل العظمي البشري.

“يشير هذا إلى أن الجين AMY1 ربما يكون قد تضاعف لأول مرة منذ أكثر من 800 ألف سنة، قبل فترة طويلة من انفصال البشر عن إنسان النياندرتال، وقبل ذلك بكثير مما كان يعتقد سابقًا”، صرح كووندو كيم، عالم الوراثة في مختبر جاكسون والمؤلف المشارك في الدراسة، مسلطًا الضوء على الطبيعة المتغيرة للنموذج. من اكتشافات فريقه.

ازدواج الحمض النووي القديم كمحرك للتطور

ويقول العلماء إنه بمجرد حدوث التكرارات الأولية، أصبح المزيد من التكرارات أمرًا لا مفر منه.

وقال الدكتور جوككومين: “إن التكرارات الأولية في جينوماتنا أرست الأساس لتباين كبير في منطقة الأميليز، مما سمح للبشر بالتكيف مع الأنظمة الغذائية المتغيرة مع ارتفاع استهلاك النشا بشكل كبير مع ظهور تقنيات وأنماط حياة جديدة”.

وبعبارة أخرى، فإن القدرة على التضاعف في هذا الجين قدمت ميزة تطورية، بعد أن أتاح اختراع الزراعة زراعة المحاصيل النشوية بكثرة وعلى أساس سنوي. في الواقع، وجد الباحثون أن المزارعين الأوروبيين قد شهدوا زيادة كبيرة في متوسط ​​عدد نسخ AMY1 الموجودة في جينوماتهم على مدى 4000 عام الماضية، كما هو متوقع في مثل هذه الظروف.

حقل قمح مترامي الأطراف جاهز للحصاد قرب نهاية الصيف (Holly Victoria Norval/CC BY 2.0)

“الأفراد ذوي أعلى ايمي1 وأوضح الدكتور جوككومين أن أرقام النسخ كانت على الأرجح تهضم النشا بكفاءة أكبر وتنتج المزيد من النسل. “في نهاية المطاف، كان أداء سلالاتهم أفضل على مدى إطار زمني تطوري طويل من أولئك الذين لديهم أرقام نسخ أقل، مما أدى إلى نشر عدد النسخ ايمي1 نسخ.”

وقد أنتجت دراسات أخرى تدرس التغيرات في الحمض النووي القديم نتائج تتفق مع أحدث النتائج.

على سبيل المثال، نشرت دراسة في جامعة كاليفورنيا-بيركلي في وقت سابق من هذا العام طبيعة وجد أن متوسط ​​عدد نسخ AMY1 في جينومات الأوروبيين ارتفع من أربعة إلى سبعة على مدى الـ 12 ألف سنة الماضية. وفي الوقت نفسه، كشفت الأبحاث السابقة التي أجراها الدكتور جوككومين أن الحيوانات الأليفة التي تستهلك الكثير من النشويات لديها أيضًا أعداد أعلى من نسخ AMY1 مقارنة بالحيوانات التي لا تستهلك النشويات. وهذا دليل إضافي على أن الزراعة وزيادة استهلاك الكربوهيدرات مع تفشي AMY1.

الصورة العليا: خبز القمح المخمر، الذي تم استهلاكه منذ زمن مصر القديمة وبابل المصدر: سكوت باور / وزارة الزراعة الأمريكية / CC BY 2.0

بقلم ناثان فالدي