211service.com
Een comeback voor Lamarckiaanse evolutie?
Volgens twee nieuwe onderzoeken kunnen de effecten van de omgeving van een dier tijdens de adolescentie worden doorgegeven aan toekomstige nakomelingen. Indien van toepassing op mensen, suggereert het onderzoek, uitgevoerd op knaagdieren, dat de impact van zowel opvoeding in de kindertijd als vroege mishandeling generaties kan overspannen. De bevindingen bieden ondersteuning voor een 200 jaar oude evolutietheorie die grotendeels is verworpen: Lamarckiaanse evolutie, die stelt dat verworven kenmerken kunnen worden doorgegeven aan nakomelingen.
DNA tot zwijgen brengen: Het toevoegen van methylgroepen aan specifieke plekken in het genoom kan de expressie van gemarkeerde genen veranderen. Het proces, bekend als DNA-methylatie, is een mechanisme van epigenetische verandering, erfelijke verandering die de sequentie van het DNA zelf niet verandert. In deze afbeelding vertegenwoordigen gekleurde balken de basen waaruit een DNA-streng bestaat, terwijl de groene cirkels methylering vertegenwoordigen.
De resultaten zijn buitengewoon verrassend en onverwacht, zegt Li-Huei Tsai, een neurowetenschapper aan het MIT die niet bij het onderzoek betrokken was. Uit een van de onderzoeken bleek inderdaad dat een boost in het vermogen van de hersenen om zichzelf opnieuw te bedraden en een overeenkomstige verbetering van het geheugen kon worden doorgegeven. Deze studie is waarschijnlijk de eerste studie die aantoont dat er transgenerationele effecten zijn, niet alleen op het gedrag, maar ook op de plasticiteit van de hersenen.
In de afgelopen jaren hebben wetenschappers ontdekt dat epigenetische veranderingen - erfelijke veranderingen die de sequentie van het DNA zelf niet veranderen - een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling, waardoor genetisch identieke cellen verschillende kenmerken kunnen ontwikkelen; epigenetische veranderingen spelen ook een rol bij kanker en andere ziekten. (De definitie van epigenetica is enigszins variabel, waarbij sommige wetenschappers de term beperken om te verwijzen naar specifieke moleculaire mechanismen die genexpressie veranderen.) De meeste epigenetische studies zijn beperkt tot een cellulaire context of hebben gekeken naar de epigenetische effecten van medicijnen of dieet in utero . Deze twee nieuwe onderzoeken zijn uniek omdat de omgevingsverandering die het effect veroorzaakt - verrijking of vroeg misbruik - plaatsvindt vóór de zwangerschap. Geef moeders chemicaliën, en het kan de nakomelingen en de volgende generatie beïnvloeden, zegt Larry Feig , een neurowetenschapper aan de Tufts University School of Medicine, in Boston, die toezicht hield op een deel van het onderzoek. In dit geval vond [de verandering van het milieu] plaats lang voordat de muizen zelfs maar vruchtbaar waren.
In de studie van Feig werden muizen die genetisch gemanipuleerd waren om geheugenproblemen te hebben, opgevoed in een verrijkte omgeving - met speelgoed, lichaamsbeweging en sociale interactie - gedurende twee weken tijdens de adolescentie. Het geheugen van de dieren verbeterde - een niet-verrassende bevinding, aangezien eerder is aangetoond dat verrijking de hersenfunctie verbetert. De muizen werden vervolgens teruggebracht naar normale omstandigheden, waar ze opgroeiden en nakomelingen kregen. Deze volgende generatie muizen had ook een beter geheugen, ondanks dat ze het genetische defect hadden en nooit waren blootgesteld aan de verrijkte omgeving.
De onderzoekers keken ook naar een moleculair correlaat van geheugen dat langetermijnpotentiëring of LTP wordt genoemd, een mechanisme dat verbindingen tussen neuronen versterkt. Omgevingsverrijking repareerde defecte LTP bij muizen met het genetische defect; de vaste LTP werd vervolgens doorgegeven aan hun nakomelingen. De bevindingen waren waar, zelfs toen pups werden grootgebracht door muizen met geheugengebrek die nooit de voordelen van speelgoed en sociale interactie hadden gehad. Als je naar nakomelingen kijkt, hebben ze nog steeds het defect in het eiwit, maar ze hebben ook normale LTP, zegt Feig. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in de Journal of Neuroscience .
Als de bevindingen op mensen kunnen worden overgebracht, betekent dit dat onderwijs voor meisjes niet alleen belangrijk is voor hun generatie, maar ook voor de volgende, zegt Moshe Szyf van McGill University, in Montreal, die niet bij het onderzoek betrokken was.
In een tweede onderzoek ontdekten onderzoekers dat ratten die werden grootgebracht door gestresste moeders die hun nakomelingen verwaarloosden en fysiek mishandelden, specifieke epigenetische modificaties in hun DNA vertoonden. De mishandelde muizen groeiden op tot arme moeders en leken deze veranderingen door te geven aan hun nakomelingen.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat slechte moederschap bij ratten kan worden doorgegeven via dit soort DNA-modificatie, maar men denkt dat die veranderingen specifiek worden veroorzaakt door gedrag van de moeder. In de nieuwe studie lieten onderzoekers gezonde moeders de nakomelingen van gestresste moeders opvoeden en ontdekten dat de problemen slechts gedeeltelijk waren opgelost. Dat suggereert dat de veranderingen niet te wijten waren aan hun neonatale ervaring, zegt David Sweatt , een neurowetenschapper aan de Universiteit van Alabama in Birmingham, die toezicht hield op de studie. Het was iets dat er al was toen ze werden geboren. Het onderzoek is vorige maand online gepubliceerd in Biologische Psychiatrie .
De resultaten van beide onderzoeken zullen waarschijnlijk controversieel zijn en misschien een eeuwenoud debat doen herleven. Het is erg provocerend, zegt Lisa Monteggia , een neurowetenschapper aan het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas, in Dallas. Het gaat terug op twee stromingen: Lamarck versus Darwin.
In tegenstelling tot natuurlijke selectie, waarbij organismen die goed aan hun omgeving zijn aangepast, overleven en zich voortplanten en die succesvolle eigenschappen doorgeven, suggereert de Lamarckiaanse evolutie dat dieren tijdens hun leven adaptieve eigenschappen kunnen ontwikkelen, zoals een beter geheugen, en die eigenschappen kunnen doorgeven. eigenschappen voor hun nakomelingen. De laatste theorie werd grotendeels verlaten toen de theorieën van Darwin en later die van Mendel ingang vonden. Maar het concept van Lamarckiaanse overerving heeft de afgelopen jaren een comeback gemaakt, nu wetenschappers meer leren over epigenetica.
Het was niet mijn bedoeling om met bevindingen te komen die de neo-Lamarckiaanse overerving ondersteunen, zegt Sweatt. Maar het onderzoek maakt het nu aannemelijker dat deze dingen echt kunnen zijn en mogelijk gebaseerd zijn op moleculaire mechanismen.
Feig, aan de andere kant, stelt dat hoewel de bevindingen een Lamarckiaans fenomeen zijn, het nog steeds Darwiniaans is, omdat de veranderingen niet eeuwig duren. In het onderzoek van Feig verloren de nakomelingen van verrijkte muizen na een paar maanden hun geheugenvoordelen.
Sweatt en anderen zeggen dat dit soort overerving in feite veel vaker voorkomt dan verwacht. Verbeterende technologieën bieden nu een bredere kijk op de epigenetische veranderingen die verband houden met omgeving en gedrag. Wetenschappers beginnen DNA-microarrays te gebruiken, die de afgelopen jaren op grote schaal zijn gebruikt in genetische studies van ziekten, om te kijken naar een specifiek type verandering, bekend als DNA-methylatie. De veranderingen die we zien zijn niet beperkt tot een klein aantal genen, zegt Szyf, die de technologie gebruikt om epigenetica en kanker te bestuderen. Hele circuits worden gewijzigd.
DNA-sequencing, die snel in prijs daalt, kan ook worden gebruikt om DNA-methylatie te bestuderen. Maar epigenetische studies vereisen sequencing met een hoog volume, wat onbetaalbaar is geweest. In tegenstelling tot het genoom is elk epigenoom anders in verschillende soorten cellen, zegt Sweatt. Een menselijk epigenoomproject zou het equivalent zijn van 250 menselijke genomen, omdat er minstens 250 celtypes in het lichaam zijn. Goedkope sequencing maakt dat soort onderzoek binnenkort mogelijk, zegt hij.
Het feitelijke mechanisme dat aan deze overervingspatronen ten grondslag ligt, is voor wetenschappers enigszins raadselachtig. Feig theoretiseert dat verrijking van de omgeving een langdurige hormonale verandering teweegbrengt: wanneer het dier zwanger wordt, zou het hormoon op de een of andere manier het DNA van de foetus wijzigen, waardoor het uiteindelijk als adolescent een verbeterd geheugen en LTP zou hebben. Hij waarschuwt echter dat er geen direct bewijs hiervoor is en geen specifiek bewijs dat het gedrag wordt overgedragen via epigenetische mechanismen.