尽管大熊猫属于动物王国中的食肉目(肉食性物种),但它们每天花在吃竹子上的时间长达 16 个小时。 不过,科学家们发现,这并不是因为它们太笨而不知道更好的办法。 实际上,这更令人着迷--它让我们了解到我们的饮食是如何影响我们的基因的。
由西华师范大学(CWNU)领导的一个国际研究小组发现,竹子中的微小植物分子已经渗入大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)的体内,调节基因表达,导致它们不仅依赖而且渴望这种植物。
通过对几种竹子和七只大熊猫(三只成年雌性大熊猫、三只成年雄性大熊猫和一只幼年雌性大熊猫)的血液样本进行分析发现,这些动物体内有57种基于植物的microRNA,这些microRNA与大熊猫的RNA结合在一起,直接影响大熊猫的各种生理机制,包括与嗅觉、味觉甚至多巴胺有关的机制。 因此,对大熊猫来说,每天啃食 30 磅又苦又涩的木质植被看似枯燥乏味的工作,却能触发大脑中愉悦的奖赏信号。
与人类(以及所有生物)一样,熊猫RNA(核糖核酸)分子构成了人体遗传密码中极为重要的一部分。 RNA 本质上是一种信使细胞,它指示在何时何地制造哪些蛋白质,也就是生物学家所说的"生命的构件"。 一种有趣的思考方式是,如果 DNA 是整本"食谱",它从未离开过细胞的"图书馆",那么 RNA 只是从这本书中复制的一份食谱,它将这些指令传递给其他细胞,以制造所需的蛋白质。
另一方面,微小核糖核酸(miRNA)并不制造蛋白质,但它们可以调节基因表达,当它们与互补的mRNA分子结合时,就会改变这些蛋白质的产生。 在这项研究中,科学家们在大熊猫的血液外泌体中发现了57种竹子提取的miRNA,它们影响着广泛的生理途径。
这种从植物到动物("跨领域")的遗传影响,从某种程度上说,就是大熊猫如何在某种程度上被大自然"欺骗",几乎只专注于竹子--以及它如何能够帮助维持物种的生存。
"竹子中的MiRNA可以通过饮食进入大熊猫体内,被肠道吸收,进入血液循环,然后调节大熊猫RNA传递信息的时间,从而起到调节大熊猫基因表达的作用,"该研究的资深作者、西北农林科技大学研究员李锋博士说。"竹子中的MiRNA还参与调控大熊猫的嗅觉、味觉和多巴胺通路,这些都与大熊猫的摄食习性有关。"
一旦进入血液,竹子提取的 miRNA 就会调节有助于饮食适应的基因,包括能够敏锐地品尝苦味--这可能有助于动物避开有毒植物--以及更好地提取和吸收营养。 它们似乎还能影响免疫系统和新陈代谢,使这些大型哺乳动物能够在如此专业的低营养饮食中生存下来。 所以,这么做并不算愚蠢。
作者写道:"对这些 miRNA 的靶基因进行的基因本体(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)功能富集分析表明,这些 miRNA 参与了各种途径,包括味觉和嗅觉信号转导、消化和吸收以及激素信号转导。此外,我们还发现植物源 miRNA 可调节大熊猫体内的多巴胺代谢,从而影响它们的食物偏好。 这项研究表明,植物源miRNA可以进入大熊猫的血液,并发挥跨领域的调控作用,有可能在大熊猫的饮食适应过程中发挥重要作用。"
有趣的是,研究发现一些竹子衍生的 miRNA 能够调节多巴胺通路,从而推动食物动机和与之相关的奖赏系统。 因此,如果吃竹子对熊猫来说是一种愉悦、满足的体验,那么它就更有可能独自寻找这种诱因。
科学家们在动物样本中发现了不同的 miRNA 图谱,这表明这些植物分子在生命的不同阶段(如生殖和发育阶段)也发挥着重要功能,但这一领域还需要更多的研究。
李说:"我们的研究表明,大熊猫的血液中存在源自植物的 miRNA。我们的研究证明,作为大熊猫食物的竹子确实会影响大熊猫进食习惯的改变。"
这项研究不仅发现了为什么大熊猫有如此严格和劳动强度大的饮食习惯--从表面上看,这种饮食习惯似乎违背了进化论。 它让我们深入了解了植物 miRNA 如何进入动物界来调节基因。 对于人类来说,这为治疗包括代谢紊乱在内的各种疾病的新疗法,以及更健康的作物和更好的保护策略打开了大门。
该研究还表明,环境与基因之间的相互作用比以前想象的要复杂得多,也更加相互关联。
该研究发表在Frontiers in Veterinary Science杂志上。