科学家使用洞穴鱼来了解更多关于新陈代谢和成为沙发马铃薯的进化基础

COVID-19 大流行开始时发布的居家令迎来了食物的囤积和数字娱乐订阅、餐厅外卖和送货服务的激增——这是集体沙发土豆现象的完美风暴。现在，研究人员通过研究洞穴鱼，发现了长期缺乏身体活动对数千年后的人类意味着什么。

斯托尔斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)报告了关于洞穴鱼新陈代谢适应的新研究，这些研究发生在16万年前墨西哥四河鱼涌入地下洞穴时，此后一直躲藏在原地。这项研究于 2023 年 1 月 24 日发表在 PNAS 上，由副研究员尼古拉斯·罗纳博士实验室的博士前研究员卢克·奥尔森领导，发现洞穴鱼肌肉代谢经历了基因重编程，导致生理、形态和行为发生根本性变化。

尽管外观发生了明显变化，但洞穴鱼在野外和实验室中都保持健康。因此，从进化的角度研究洞穴鱼肌肉代谢可能会帮助我们了解日益增加的不活动如何影响人类。

“随着技术的进步，人们的移动越来越少也就不足为奇了，”罗纳说。“对于洞穴鱼，我们有一个独特的系统，我们可以研究如果人们在非常非常长的时间内保持沙发土豆会发生什么。

久坐不动的生活方式可能对人体健康有害，促进肌肉减少和体重增加，通常会导致糖尿病、心脏病和中风等疾病。在调查洞穴鱼时，研究小组发现了一些矛盾的东西。

与水面鱼类相比，来自墨西哥中部的洞穴鱼种群表现出肌肉减少和脂肪增加，分别为30%和40%。这不仅不会影响它们的健康，而且洞穴鱼还可以通过肌肉代谢的遗传变化，与它们“健康”的水面鱼表亲一样快速游泳，并且可以长时间游泳。

“当观察洞穴鱼肌肉细胞内部时，肌肉纤维组成和功能发生了明显变化，”奥尔森说。“在实验室中，我们已经控制了每个环境变量，但仍然观察到洞穴鱼中非常不同的肌肉结构，这表明肥鱼表型背后的遗传成分。

专注于遗传学，研究人员发现编码肌肉收缩所需蛋白质的基因活性显着降低。同时，调节脂肪细胞发育和代谢的主基因的活性增加。为了确定这些变化是否真的是遗传的，研究小组设计了一个游泳测试来研究洞穴鱼对刺激的反应。

他们发现洞穴鱼的正常游泳速度几乎慢四倍;然而，当受到刺激时，它们不仅将速度提高到与水面鱼相当的速度，而且能够长时间保持速度，这表明肌肉耐力。

“起初，我不明白这怎么可能，因为洞穴鱼没有适当的肌肉收缩”机器“，”奥尔森说。“然后我们意识到他们已经采用了一种不同的机制来利用存储在肌肉中的能量。

事实上，洞穴鱼具有升高的酶水平升高，负责糖原的形成和代谢，糖原是由葡萄糖形成的复合物。此外，这种酶具有一个特定的位点，容易添加磷酸盐分子或磷酸化，这在水面鱼中没有观察到。当磷酸化时，糖原的合成和储存得到增强，当不磷酸化时，酶切换到持续肌肉收缩所需的糖原代谢途径。

了解洞穴鱼的新陈代谢是如何进化数十万年的，可能会阐明人类如何在很长一段时间内适应。

“在未来，例如在前往其他行星甚至星系的太空旅行中，拥有一个进化模型系统，其中包含我们在人类内部看到的自然变异，可能会告诉我们哪些基因在长时间不活动期间发挥作用，以及是否存在保守的分子途径，在没有相应病理的情况下推动能源投资策略的转变，“罗纳说。