有袋動物是發現哺乳動物加熱器器官起源的關鍵

有袋動物是發現哺乳動物加熱器器官起源的關鍵。來源：uux.cn/Pixabay/CC0公共域
（神秘的地球uux.cn）據斯德哥爾摩大學：大約1億年前，一次顯著的進化轉變使胎盤哺乳動物得以多樣化，並征服了地球上的許多寒冷地區。斯德哥爾摩大學的一項新研究表明，典型的哺乳動物加熱器器官棕色脂肪僅在現代胎盤哺乳動物中進化而來。這項研究發表在《科學》雜誌上。
斯德哥爾摩研究小組與德國的亥姆霍茲慕尼黑和柏林自然曆史博物館以及英國的東安格利亞大學合作，證明了我們的遠親有袋動物擁有一種尚未完全進化的棕色脂肪。
他們發現，在胎盤哺乳動物和有袋哺乳動物分化後，一種名為UCP1的關鍵產熱蛋白變得活躍。這一發現對於理解棕色脂肪在哺乳動物進化、吸熱和代謝中的作用至關重要。
該研究的第一作者之一蘇珊娜·凱珀特說：“我們的研究對理解棕色脂肪的起源和調節做出了重要貢獻。”。
“棕色脂肪的能量消耗功能是醫學研究的主要焦點，因為它有可能改善肥胖、糖尿病和心髒代謝疾病；所有這些疾病都已達到流行病的程度，是我們醫療保健係統麵臨的最大威脅之一。”
這項工作標誌著斯德哥爾摩大學Jastroch實驗室的最新裏程碑，該實驗室率先研究了哺乳動物熱量產生的進化，並將這些進化見解融入了對人類代謝疾病的理解中。
這項新的研究表明，在幼負鼠第一次離開母親並經曆冷應激的關鍵發育期，有袋類UCP1基因在幼負負鼠的脂肪組織中被積極轉錄。這類似於胎盤哺乳動物的出生，當時大多數嬰兒需要棕色脂肪來調節體溫。
在UCP1轉錄過程中，有袋動物體內存在許多但不是所有通常在棕色脂肪中表達的基因。這表明有袋動物並不擁有胎盤哺乳動物中完全進化的棕色脂肪組織。此外，加熱蛋白UCP1在有袋動物中不產生熱量，這表明這種原始形式的棕色脂肪缺乏產熱功能。然而，有袋動物UCP1的功能仍有待發現。
“這一證據表明，在有袋動物和胎盤哺乳動物分化之前，就已經存在了產熱所需的基因網絡。然而，關鍵的UCP1蛋白隻有在與有袋動物分離後才進化出產生熱量的能力，”Martin Jastroch解釋道。
為什麽研究哺乳動物家譜來解讀棕色脂肪組織的起源很重要？
“要找到棕色脂肪的起源，我們不能使用時間機器。然而，通過檢查進化史上不同時期分化的活物種，我們可以確定哪些物種有棕色脂肪組織，哪些熱量產生機製的成分存在。大約1.2億至1.8億年前，有袋動物已經從胎盤哺乳動物中分裂出來。如果有袋動物有功能性的棕色脂肪及其產熱蛋白，這表明該器官在分裂之前就存在了。由於沒有，它很可能是在後來進化的，”Keipert說。
利用生物信息學工具對許多動物的UCP1序列信息進行分析，研究人員重建了幹胎盤哺乳動物的古老UCP1，因為它可能存在於約1.1億年前。
他們發現這種古老的蛋白質可以產生熱量，這表明胎盤哺乳動物的祖先體內存在產生熱量的棕色脂肪，但以前沒有。這一創新可能使有胎盤的哺乳動物能夠在新的寒冷環境中茁壯成長。
關於棕色脂肪的事實
棕色脂肪是胎盤哺乳動物特有的加熱器官，通過一種名為解偶聯蛋白1（UCP1）的蛋白質產生熱量。UCP1蛋白將線粒體轉化為小的加熱器單元，直接將脂肪和糖轉化為熱量。
棕色脂肪使包括人類嬰兒在內的新生胎盤哺乳動物在離開溫暖的子宮後能夠在寒冷的壓力下生存。它有助於在寒冷中保持體溫，因為未成熟的肌肉無法充分顫抖。
在以後的生活中，棕色脂肪可以通過燃燒過量的脂肪和糖來防止代謝並發症。了解棕色脂肪的工作原理對於開發代謝紊亂的治療幹預措施至關重要。