我們都知道生物鐘的失調(diào)與多種人類疾病密切相關(guān),。近日,，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)人類晝夜節(jié)律會(huì)受到環(huán)境毒素所帶來(lái)的不利影響。
該研究對(duì)應(yīng)文章則發(fā)表于最新上線的Ecology and Evolution雜志,，名為“Evolution to Environmental Contamination Ablates the Circadian Clock of an Aquatic Sentinel Species”,。 在這篇文章中，科學(xué)家基于對(duì)水蚤的研究發(fā)現(xiàn)廣泛存在于我們生活環(huán)境中的多種毒素能夠引起動(dòng)物體內(nèi)與晝夜節(jié)律密切相關(guān)的表觀遺傳學(xué)改變,。
文章的主要作者Jennifer Hurley博士表示：“這項(xiàng)研究表明,，長(zhǎng)期接觸環(huán)境毒素可能會(huì)使我們的晝夜節(jié)律功能受到抑制，而節(jié)律功能的紊亂則與癌癥,，糖尿病,，肥胖，心臟病和抑郁癥等多種疾病的發(fā)病密切相關(guān),。我們的研究則首次揭示了環(huán)境毒素對(duì)于動(dòng)物核心生物鐘調(diào)控的巨大影響,。”
在先前的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種稱為蚤狀溞（Daphnia pulex）的水蚤能夠?qū)Νh(huán)境污染產(chǎn)生一定的適應(yīng)性,。這種生活在紐約喬治湖邊的水蚤不得不忍受柏油路所帶來(lái)的鹽污染,，然而，盡管蚤狀溞能夠迅速演化出對(duì)道路鹽污染的耐受性,，但其獲得這種適應(yīng)性所要付出的代價(jià)也是十分慘重的,。為了適應(yīng)道路帶來(lái)的鹽污染，蚤狀溞必須犧牲其原有的晝夜節(jié)律,。
一般情況下,，水蚤常被作為研究生物體如何對(duì)環(huán)境壓力作出反應(yīng)的模式生物，基于在水蚤身上的這些發(fā)現(xiàn),，研究人員也認(rèn)為對(duì)環(huán)境毒素的暴露也可能同樣影響著高等生物,。 “這些發(fā)現(xiàn)表明諸如人類生物鐘的高等生物晝夜節(jié)律也可能會(huì)受到環(huán)境污染物所帶來(lái)的影響?！蔽恼碌淖髡弑硎?。
為了進(jìn)一步闡明鹽污染對(duì)水蚤晝夜節(jié)律的影響，研究人員檢測(cè)了水蚤遭受環(huán)境污染后生物鐘相關(guān)基因表達(dá)水平的變化,。研究人員發(fā)現(xiàn),，在低鹽與恒定的黑暗條件下，水蚤mRNA表達(dá)水平會(huì)在24小時(shí)中以一定的節(jié)律發(fā)生振蕩,，這清楚地表明水蚤個(gè)體確實(shí)具有功能性的生物鐘,。
為了測(cè)試適應(yīng)高鹽環(huán)境是否能夠影響這種功能性生物鐘，研究人員對(duì)五個(gè)能夠適應(yīng)不同鹽度水平的水蚤種群進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn),。研究結(jié)果顯示,，在適應(yīng)地增加環(huán)境鹽濃度之后,，水蚤相應(yīng)mRNA水平的時(shí)間節(jié)律性就會(huì)發(fā)生非常明顯的惡化，水蚤mRNA水平的自然節(jié)律受到了高濃度環(huán)境鹽份的明顯抑制,。
研究人員寫道：“適應(yīng)高鹽環(huán)境的水蚤種群表現(xiàn)出周期性基因震蕩表達(dá)的消融,。有趣的是，在這些水蚤的節(jié)律基因受到抑制的同時(shí),，其他某些基因的表達(dá)卻發(fā)生了上調(diào),。這些結(jié)果表明，水蚤種群通過對(duì)晝夜節(jié)律功能的抑制快速地產(chǎn)生了耐鹽性進(jìn)化,?！?/p>
在確定了受到環(huán)境鹽分所抑制的具體節(jié)律基因之后，研究人員對(duì)這些基因表達(dá)下調(diào)的具體調(diào)控途徑進(jìn)行了更為深入的研究,。他們指出,，以前在大型蚤（D. magna）中的研究表明，暴露于NaCl能夠?qū)е滤榧?xì)胞中DNA甲基化顯著增加,，這一現(xiàn)象暗示著環(huán)境影響與細(xì)胞的表觀遺傳變化密切相關(guān),。同時(shí)，其他相關(guān)研究也顯示出耐鹽和不耐鹽的水蚤之間存在著許多基因表達(dá)水平和表觀遺傳學(xué)的差異,。
“這些現(xiàn)象表明,，表觀遺傳變化可能參與著水蚤的耐鹽性進(jìn)化,，并且在一定程度上破壞了水蚤的晝夜節(jié)律,。”研究人員指出,。
雖然該研究?jī)H僅涉及了經(jīng)常存在于水中的一種單一毒素,，但研究人員仍然表示，包括農(nóng)藥,，藥品和重金屬在內(nèi)的許多其他污染正變得越來(lái)越普遍,。這項(xiàng)研究所揭示的化學(xué)污染引起的晝夜節(jié)律紊亂及其危害很可能僅僅是環(huán)境污染所帶來(lái)危害的冰山一角。
參考資料
Evolution to environmental contamination ablates the circadian clock of an aquatic sentinel species.
DOI: 10.1002/ece3.3490
責(zé)編：Vironia
