Wie Mammuts arktischen Kälte überlebt

Die schwerfällige, zottigen Haaren Wollhaarmammut gedieh einmal in den kalten arktischen Ebenen trotz ursprünglich von einem tropischen Klima migriert haben. Eine neue Studie hat festgestellt, dass winzige genetische Mutationen, die verändert, wie Sauerstoff vom Blut geliefert wurde für seine Toleranz gegenüber dem kalten Klima verantwortlich sein könnte.

Das Wollhaarmammut war ein Elephantid-Arten und am ehesten im Zusammenhang mit der heutigen asiatischen Elefanten. Es ging vor rund 10.000 Jahren ausgestorben. Aber weil das Mammut in der Arktis gelebt, viele der Arten wurden Reste gefunden im Permafrost erhalten.

Vorfahren der Mammuts und asiatischen Elefanten in Afrika rund 6,7 Millionen auf 7 Millionen Jahren und blieb für etwa 4 Millionen Jahre, bevor er sich in Südeuropa und dann weiter bis in das heutige Sibirien und den nördlichen Plains Kanadas rund 1 Million Jahre später entstanden.

Etwa zur gleichen Zeit "ein verhängnisvolles Ereignis aufgetreten ist, auf der Erde – den Eiszeiten", sagte Kevin Campbell von der University of Manitoba in Winnipeg, Kanada, der die Studie leitete in das alte Tier Blut, die in der Mai-2 Online-Ausgabe der Zeitschrift Nature Genetics detailliert ist.

Mammuts, wie ihre Elefanten Cousins von heute würde angepasst worden, das warme Klima, die sie in entwickelt. In diesen Klimaten ein Elefant größte Problem ist Wärme loszuwerden – sie tun dies mit den großen Ohren, durch die viele Hitze-Portierung Blutgefäße zirkulieren. Sie winken die Ohren herum in der Brise, die Hitze zu zerstreuen.

Das mehrjährige Elefant-Problem für die Mammuts storniert wurde, sobald die Eiszeiten eingelebt und "eine ganz neue Umgebung made war" in der Arktis, die auch bis zu diesem Punkt in der Geschichte der Erde warm gewesen war, sagte Campbell. Mammuts musste nun in die Wärme zu halten, was sie konnten.

"Wir wissen, dass Hitze schonen ihre Sorge Nummer eins wurde," sagte Campbell LiveScience.

Mammuts, die teilweise durch eine "Dicke, riesige Fell" weiterentwickelt, und Downsizing ihre Ohren gegenüber Angehörigen wärmer-Wohnung in ihre neue, kalten Heimat angepasst. "ihre Ohren waren winzig, wie Teller,", sagte Campbell unter Bezugnahme auf die Kälte angepasste Mammuts.

Wie andere arktische Tiere angepasst

Aber Campbell vermutet, dass die Mammuts auch Blut könnte, die besser angepasst gehabt haben wurde, in der Kälte zu arbeiten, wie viele arktische Säugetiere leben heute tun.

Heute haben andere arktische Tiere wie Rentieren und Moschusochsen, "Gegenstrom" Blutsystem. Im Wesentlichen die Blutgefäße unter der warmen, Sauerstoff beladene arterielles Blut nach unten in den Beinen und Füßen passieren sehr nah an den Venen, die kälter, venöse Blut zurück um wieder Sauerstoff. Der enge Kontakt zwischen den beiden Arten von Schiffen ermöglicht das arterielle Blut seine Wärme an das venöse Blut zurück zum Herz und Lunge passieren. Dieses evolutionäre System hält die Wärme im Kern des Körpers des Tieres und reduziert den Wärmeverlust aufgrund des kalten Klimas gleichzeitig arterielle Blut seinen Sauerstoff zu den Extremitäten nehmen.

"Es ermöglicht ihren Füßen und Extremitäten wirklich kalt stellen", sagte Campbell.

Dies steht im Gegensatz zu Menschen, wo heruntergefahren Blutfluss einfach in extremer Kälte zu Wärme im Kern – das ist, warum Menschen Erfrierungen aber Rentiere nicht.

Aber diese Gegenstromanlage nicht genug allein, arktische Tiere in der Kälte funktionieren zu halten. Der Schlüssel ist Hämoglobin, das Blut-Protein, das packt Sauerstoff in den Lungen und liefert sie an die anderen Organe des Körpers. Das Blut-Protein braucht im Wesentlichen eine gewisse Wärmeenergie, um seine Freilassung der Sauerstoffmoleküle, die es trägt, in den Geweben und Organen, die es brauchen.

Wenn Blut kalt "ist es sehr unwahrscheinlich, dass diese Schwelle erreicht werden soll", sagte Campbell.

Um dieses Problem zu umgehen, entwickelt Rentiere und viele andere arktische Säugetiere eine leicht gezwickt Form des Hämoglobins, das erfordert weniger Energieeinsatz, um den Sauerstoff zu liefern.

Wiederbelebung einer alten Molekül

Campbell wollte sehen ob Mammuts auch in der Lage waren, eine spezielle Form des Hämoglobins zu entwickeln, die daran arbeiten bei kalten Temperaturen und es ihnen ermöglichen, die Körperwärme zu sparen.

Es gab nur ein Problem: Mammuts sind ausgestorben.

"Wir können keine gefrorene Blutprobe nehmen", erklärt Campbell.

Stattdessen verwendet Campbell und seine Kollegen Gene aus Mammutreste extrahiert, neu und Mammut Hämoglobin zu untersuchen.

"Wir hatten es wieder zum Leben erwecken", sagte Campbell.

Das Team von 43.000 Jahre alten sibirischen Mammut Probe DNA extrahiert und hatte den Teil davon, der Anleitung für Hämoglobin sequenziert hält.

Als Campbell sah die Ergebnisse er sagte könnte sagen, dass "es einige Veränderungen, die sehr suggestiv der physiologischen Prozesse waren gab" bedeutet, dass die Mammuts sind in der Tat eine spezielle Kälte angepassten Form des Hämoglobins entstanden.

Die Änderungen belief sich auf nur 1 Prozent der gen-Region, die die Anweisungen für Hämoglobin enthalten, "aber eine dieser Änderungen ist tief," sagte Campbell. Das ändern "gehen, um sie an Kälte angepasst ist." "

Um herauszufinden, ob diese gen-Veränderungen tatsächlich eine andere Art von Hämoglobin produziert, verwendete das Team eine Methode, die verwendet wurde, um menschliche Hämoglobin zu machen. Die Methode bezieht mit ein, die spezifischen Gene in E. Coli, die der Mensch gelesen, oder Mammut, DNA wie ihre eigene DNA und die fragliche Substanz zu produzieren.

Aber Mammut DNA-Proben entnommen gefrorene Proben sind sehr beschädigt, so Campbell und sein Team zunächst an das Mammut am nächsten lebenden Cousin geworden. Sie bekam die DNA und RNA (das Zeug, die die Anweisungen für Proteine in Zellen enthält) von einem lebenden asiatischen Elefanten und steckte sie in E. Coli.

Und sicher genug, "Diese E. Coli Asiatischer Elefant Hämoglobin gemacht", sagte Campbell.

Sobald die asiatischen Elefanten Hämoglobin ausgecheckt, konnte das Team Mammut Hämoglobin versuchen. Dazu benutzten sie asiatische Elefant RNA und einen Prozess namens Site-verwiesene Mutagenese, einhergehende Änderung die einzelnen Punkte in der RNA-Code, die zwischen den asiatischen Elefanten und Mammuts, effektiv drehen Asiatischer Elefant RNA in Mammut RNA unterscheiden. Das neugebildeten Mammut RNA wird in E. Coli, die es ausspuckt, was im wesentlichen Mammut Hämoglobin ist gestellt.

Campbell sagte, dass dieses Hämoglobin genau dasselbe sein würde, als hätte er eine Zeitmaschine zurück 43.000 Jahre gedauert und Blut des Tieres direkt entnommen. "Ich kann es studieren, als hätte ich eine frische Blutprobe von diesem Tier," sagte er.

Das Team der asiatischen Elefanten und Mammut Hämoglobin verglichen und "Wir fanden, dass sie radikal anders sind", sagte Campbell. Wie Campbell vermutet hatte, braucht das Mammut Hämoglobin nicht so viel Energie, Sauerstoff zu verlagern, wie der asiatische Elefant Hämoglobin.

Interessanterweise hatte das Mammut DNA zwei separate Mutationen, die unterscheiden sich von denen bei Säugetieren heute zu sehen sind.

"sie verwendet eine völlig andere" Weg zur Lösung des Problems Hämoglobin zur Anpassung an die Kälte, sagte Campbell.

Warum nicht Menschen?

Campbell zuerst dachte Mammut Hämoglobin DNA auf diese Weise zu prüfen, wenn er studierte Hämoglobin während einer Postdoc Entsendung in Dänemark und auch zufällig eine Discovery Channel zeigen auf das Mammut zu sehen, und "es diese kleine Glühbirne-Moment war", sagte er.

Campbell sagte, dass eine Frage, die häufig verlangte daher menschliche Populationen, die in den arktischen Regionen, wie die Inuit Leben würde keinen ähnlichen Mechanismus zur Anpassung an die Kälte entwickelt haben.

Die Antwort ist dreifach: einerseits Menschen zog in die Arktis viel jüngerer Zeit als viele andere arktische Säugetiere, so hätte sie Zeit sich zu entwickeln so ein Merkmal; auch, brauchen Menschen Kälte-toleranten Hämoglobin, entwickeln, weil "Wir machen Stiefel;" Wir stellen Zelte"– Wir haben unsere Gehirne, die uns die Kälte bewältigen helfen, sagte Campbell; Schließlich haben einige Menschen eine Mutation von ihr Hämoglobin ähnlich wie diese, aber es ist tatsächlich schädlich, weil ihre Hämoglobin zerfällt und sie anämisch landen.

"Menschen noch nie dies entwickeln könnte denn wenn sie es taten sie alle anämisch sein würde,", sagte Campbell.

Campbell sagte, dass er auf diese Arbeit zu erweitern gerne, indem Sie versuchen, andere ausgestorbene Tiere zu untersuchen, die in der alten Arktis wie Mastodons, Höhlenbären, wollige Nashörner und riesigen Faultiere gelebt.

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