表型可塑性的分子机制
达尔文进化论被认为是生命适应地球上各种可能环境的方式。上个世纪伟大的进化生物学家狄奥多西·多布赞斯基曾经说过:“生物学中没有什么是有意义的,除非在进化之光下。”尽管如此,我们必须始终牢记,进化过程是与基因变化联系在一起的。基因变化可能是有益的,也可能是有害的。即使基因突变(DNA的改变)已经被选择(一个缓慢的过程,通常需要数千或数百万年——图1),因为它们增加了存活率,但可能同时它们也会使生物体的其他功能失调。这听起来很奇怪,但是是的,基因突变对某些生命方面是有益的,但对其他一些方面是不利的。这就是为什么表型可塑性是必要的。
什么是表型可塑性?表型可塑性是指生物体在不改变其DNA材料的情况下对环境变化作出反应的能力(这是一个快速的过程,发生在环境变化的同时或之后不久-图1)。许多生物学家认为,这种现象在自然界中非常频繁,因为轻微的环境变化不需要剧烈的遗传变化。也许最容易理解的例子是模仿,一些动物在不同的环境条件下改变自己的颜色,以躲避敌人或猎物。另一方面,表型可塑性可能是一种可进化的特征,因为可塑性表型的能力是可遗传的。
目前尚不清楚个体如何根据当前的环境条件改变其表型特征。我相信这种能力很大程度上是基于microrna。MicroRNAs是存在于我们细胞内的小RNA分子,它极大地调节着蛋白质的产生。我们是由蛋白质组成的,所以这种调节很重要。细胞内微小rna浓度的微小变化可以决定我们对寒冷、温暖、饥饿、辐射等的反应方式。这就是为什么我相信microrna可能是控制表型可塑性最重要的因素。可塑性潜力的降低可能是人类几种疾病的原因。例如,抑郁症可能是我们大脑“可塑性不足”的结果。可塑性不能帮助我们适应每一个可能的环境。幸运的是,人类使用药物来延长其表型可塑性,例如通过抗抑郁药物。 “Plasticity inability” may explain many other aspects of life, like aging. Recent studies have shown that levels of excreted microRNAs are not the same between young and old individuals. Understanding better this phenomenon, it may help us intervene to aging related diseases, the main cause of morbidity in developed and developing countries.
我们需要更多地了解microrna在细胞功能中的作用。可以肯定的是,日常的环境变化是生命必须应对的,而microrna的进化可能是解决这个问题的一种方法。
Konstantinos Voskarides
塞浦路斯大学医学院,尼科西亚,塞浦路斯
出版
“可塑性优先”的进化和mirna的作用:对Levis和p芬尼的评论。
Voskarides K
2016年11月
可塑性vs突变。microrna在人类适应中的作用。
Voskarides K
机械老化开发2017年4月
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