美国宇航局在珠峰上复制了双胞胎研究

由:Patrick j . Kiger

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双胞胎马克(左)和斯科特·凯利。科学家们设计了一个类似的实验,让珠穆朗玛峰上的双胞胎参与,以确定斯科特基因表达的变化是由于空间还是压力。彼得·克莱默/NBC/NBC新闻专线通过盖蒂图片社

你们可能还记得美国国家航空航天局双胞胎研究在该研究中,10个不同的研究团队研究了宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly),他于2015年和2016年在国际空间站上呆了一年,并将他与他的同卵双胞胎、留在地球上的宇航员马克·凯利(Mark Kelly)进行了比较。

这项研究的一部分包括研究和比较双胞胎的DNA,就像这样大西洋月刊的文章许多新闻媒体错误地解读了结果,错误地报道说斯科特·凯利的DNA在他进入太空的时候已经发生了重大变化,这引起了轰动。在现实中,就像这样美国国家航空航天局媒体发布他解释说,斯科特·凯利的DNA并没有根本改变。但研究人员确实观察到了基因表达的变化,也就是基因对环境的反应。

斯科特返回地球后,大部分基因表达恢复正常,但有7%的基因表达没有恢复。美国国家航空航天局的报告指出,这7%的差异表明,与凯利的免疫系统、DNA修复和骨形成网络相关的基因可能会发生长期变化。这些变化可能也会影响凯利的基因的反应缺氧,或缺氧,以及血碳酸过多症也就是血液中有太多二氧化碳的状态。(后者是国际空间站上的一个潜在问题,就像这样2012年的研究注意到,周围的二氧化碳水平高于地球上正常的大气条件,机组人员经常报告出现头痛和嗜睡等症状。)

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空间或压力?

但斯科特·凯利基因表达的变化是在太空中引发的,还是仅仅是极端压力环境的结果?回答这个问题的一种方法是研究高海拔地区的登山者,那里稀薄的大气和低温会导致压力,并将他们与双胞胎他们一直呆在较低的海拔。

克里斯托弗·梅森他是纽约市威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)的副教授美国国家航空航天局贝内加斯(Willie Benegas)和莫尼兹(Matt Moniz)这两位登山者计划在今年5月登上珠穆朗玛峰。根据……的记载科学杂志作为比较,这两位登山者都有一对双胞胎留在了较低的海拔——贝内加斯有一对同卵双胞胎,莫尼斯有一对异卵双胞胎。(同卵双胞胎拥有100%的相同基因,而异卵双胞胎拥有50%的相同基因密歇根州立大学双胞胎登记处.)

前提是一切按计划进行。外杂志的网站报道5月11日,尼泊尔的监管问题可能会影响攀登。然而,贝内加斯在5月14日的一封电子邮件中说,攀登仍在进行中,两名登山者的目标是5月20日到达山顶。

但已经有科学证据表明,在地球上的高海拔地区探险可以改变基因表达。扎克Cheviron蒙大拿大学(University of Montana)的一名助理教授参与了这项研究研究对海拔的影响鹿鼠.这种微小的生物有着北美哺乳动物中海拔范围最广的特点,从死亡谷的海平面以下到海拔超过14000英尺(4300米)的山坡。

Cheviron没有参与珠峰研究,他说低地鹿鼠在模拟高海拔环境下,会经历影响肌肉结构的基因表达变化。表达上的变化将导致他们发展更多的慢收缩、氧化的肌肉纤维,并生长更多的血管。这些变化是一种适应反应,使小鼠能够适应山区环境,那里稀薄的空气使向肌肉组织提供所需的氧气变得更加困难。

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变化模仿进化——在某种程度上

Cheviron解释说,基因表达是生理学的一种延伸,可以使基因升高或降低,因为它提高了在这些条件下的生存能力。他说:“对于某些特征来说,由基因表达驱动的可塑性似乎确实模仿了由进化驱动的适应。”

但Cheviron强调,这只在一定程度上是正确的。山中出生的鹿鼠是在高海拔地区进化的前几代老鼠的后代,它们的基因发生了突变,使它们能够表达影响肌肉纤维和血管的相同基因,其水平远高于低地老鼠。

Cheviron说:“如果你把一个低地人暴露在高海拔地区,他们的基因表达就会发展出更多的血管。”“但他们没有高地人那么多。”

低地人在高海拔地区所做的基因表达适应未必都是好的。因为这2014年《科学》杂志文章细节上,许多生活在高海拔地区的藏人遗传了基因,使他们的身体能够更有效地利用氧气,而没有大量富含血红蛋白的红细胞。当一个低地人冒险进入同样的高地时,他或她的身体将试图通过制造更多的红细胞来应对——这一变化会使血液变稠,使人更容易出现血栓和中风。

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