Das menschliche Knie ist ein triumph des Designs. Das gemeinsame, das entwickelte sich ziemlich schnell von unseren gemeinsamen Vorfahren mit dem Schimpansen, um Platz für unsere aufrechte Gang, wahrscheinlich dazu beigetragen, unseren Erfolg als Spezies. Jedoch, wie die moderne Medizin verlängert die Lebensspanne des Menschen, unsere Spezies haben gelernt, Schmerz in form von Arthrose, begleiten die Fortbewegung von dieser biomechanische Meisterwerk.
Eine neue Studie der genetischen Merkmale, die dazu beitragen, dass diese anspruchsvolle joint möglich, ein internationales team von Forschern herausgefunden, dass die regulatorischen Schalter in die Entwicklung eingebunden, die Knie spielen auch eine Rolle bei der osteoarthritis, eine teilweise vererbbare Krankheit, leiden mindestens 250 Millionen Menschen weltweit. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in der Zeitschrift Cell.
Terence D. Capellini, Richard B. Wolf, Associate Professor in the Department of Human Evolutionary Biology and the paper corresponding author, erklärte er im Hinblick auf die Belastung unserer Knie, buchstäblich ertragen:
„Aus einem evolutionären Standpunkt, der Primas Knie ging von etwas untergebracht, dass die Kräfte der zu Fuß auf vier Beinen zu platzieren, das ganze Gewicht auf zwei Beinen“, sagte er. „Wenn man von einem Vierbeiner zu einem Zweibeiner änderungen der Kraftverteilung. Alle unser Gewicht wird übertragen durch unsere Hüften und die Knie nach unten, um unsere Knöchel. Die Zellen in das Gelenk und die Form des Gelenks hatte zu ändern, um Platz für die neuen Kräfte.“
Mit solche einer bestimmten Aufgabe—und begrenzt durch seinen Ursprung in den älteren Primaten-Knie—die optimierte zweibeinige Knie entwickelt, was ist bekannt als eine eingeschränkte Morphologie, das heißt, es hat nicht viel variation. „Wie Sie sich vorstellen können, wenn Sie entwerfen ein Teil für ein Flugzeug, die Sie nicht wollen, zu verwerfen, zu viel,“ Capellini sagte.
Um zu verstehen, wie dieser komplizierte Mechanismus gekommen zu sein, haben Forscher für den Nachweis der beschleunigten Natürliche Selektion: die Reihe von Mutationen, die unterstützt uns aufrecht zu gehen.
„Wir wollten wissen, ob oder nicht wir konnten sehen, Zeichen der alten evolution—die alte Auswahl—in den Regionen des Genoms, die speziell Formen die Knie“, sagte Capellini. Um dies zu tun, Sie suchten nach Spuren von bestimmten regulatorischen Schalter, DNA-Stücke „verantwortlich für das ein-und ausschalten des genetischen Materials, das machen die Knie eines menschlichen Knies.“
Was Sie fanden, reflektiert, was Capellini vermuten lässt, ist bezeichnend für „positive Selektion“—ein Beweis, dass diese neue Knie Gaben die Jungen Zweibeiner einen evolutionären Vorteil. Der höchste funktionierende Knie würden, wurden ausgewählt, Reduzierung der variation in der Knie-Form im Laufe der Zeit durch eine Verringerung der genetischen variation in der die Schalter für die Steuerung der gemeinsamen Gründung. Welche Variante beibehalten wahrscheinlich nicht wesentlich Sache damals.
„Später, als die menschliche Bevölkerung erweitern und zu treiben, beginnen Sie immer diese genetischen Varianten, die leicht zu ändern, wie die Knie geformt ist oder wie das Knie erhalten“, erklärt Daniel Richard, ein Ph. D.-Kandidat in der menschlichen Evolutionsbiologie und führen Autor auf dem Papier. „Diese geringfügigen Abweichungen, die auf diese eingeschränkte Knie, führen zu einem Risiko für die Entwicklung einer Arthrose.“
Diese Eigenschaften haben keinen Einfluss auf den Erfolg der zweibeinige Knie, weil die Natürliche Selektion fördert Eigenschaften, die es ermöglichen, Personen zu erreichen die Geschlechtsreife und erfolgreich züchten. Im wesentlichen, weil diese neue Knie Gaben junge Erwachsene, die eine Kante auf die Weitergabe Ihres genetischen Materials, setzte es trotz dieser Varianten. Unsere eventuelle Alter hatte kaum eine Rolle bei der Auswahl.
„Wir denken, dass diese geringfügigen änderungen nicht so viel Einfluss früherer Leben“, sagte Richard. „Aber wenn Sie keep on walking, bis Sie 50 oder 60, über die längere Zeitspanne eine super kleine änderung in der Knie-verbindungen über Jahrzehnte. Schließlich trägt es zur Arthrose-Erkrankung bei älteren Menschen.“
Als proof of principle, Capellini und Kollegen führten zwei weitere Experimente. Durch das Studium der Knie wechselt in Patienten mit Arthrose im Vergleich zu der Allgemeinen Bevölkerung, fanden Sie, dass Arthrose-Patienten haben im Durchschnitt mehr genetische Varianten in-Schalter, als diejenigen, die nicht die Krankheit haben. Auch Sie konzentrierten sich auf ein gen namens GDF5 (Growth Differentiation Faktor Fünf), die zur Arthrose-Risiko bei Europäern und Asiaten. Mit CRISPR-Bearbeitung in Mäuse-und menschlichen Zellen, Sie suchten eine genetische Variante, die in Milliarden von Menschen, die Auswirkungen, die die Funktion einer Taste Knie wechseln, so verändern Knie-Form und erhöhen Arthrose-Risiko.
Die Steifigkeit und Schmerzen der Menschen heute fühlen, daher vielleicht einfach nur piggyback auf einer evolutionären Vorteil: die Arthrose kam zusammen mit dem Knie. Aber dieses schmerzhafte feature auszahlen kann in der Studie der menschlichen evolution, die Forscher betonen.