Dua hingga tiga juta tahun yang lalu, hilangnya fungsional dari gen tunggal memicu serangkaian perubahan signifikan dalam apa yang akhirnya menjadi spesies manusia modern, mengubah segalanya dari tingkat kesuburan menjadi peningkatan risiko kanker dari memakan daging merah.
Dalam sebuah makalah baru, yang diterbitkan di Proceedings of the Royal Society B, para peneliti di University of California San Diego School of Medicine melaporkan studi terhadap tikus yang direkayasa untuk kekurangan gen yang sama, yang disebut CMAH, dan menghasilkan data yang menunjukkan gen yang hilang mungkin juga berkontribusi pada klaim manusia yang terdokumentasi dengan baik untuk menjadi salah satu pelari jarak jauh terbaik di kerajaan hewan.
Pada waktu yang hampir bersamaan dengan mutasi CMAH , nenek moyang manusia bertransisi dari penduduk hutan ke kehidupan terutama di sabana kering di Afrika. Sementara mereka sudah berjalan tegak, tubuh dan kemampuan dari hominid awal ini berkembang secara dramatis, khususnya perubahan besar dalam biomekanik skelet dan fisiologi yang mengakibatkan kaki panjang, kenyal, kaki besar, otot gluteal yang kuat dan sistem kelenjar keringat yang luas mampu untuk mengusir panas, jauh lebih efektif daripada mamalia besar lainnya.
Perubahan semacam itu, kata para ilmuwan, membantu mendorong munculnya kemampuan manusia untuk berlari jarak jauh secara relatif tanpa lelah, memungkinkan para leluhur untuk berburu di siang hari ketika karnivora lain beristirahat dan mengejar mangsa ke titik kelelahan mereka, sebuah teknik yang disebut kegigihan berburu.
“Kami menemukan perbedaan genetik pertama yang jelas antara manusia dan kerabat evolusi terdekat kita, simpanse, lebih dari 20 tahun yang lalu,” kata penulis senior Ajit Varki dari UC San Diego School of Medicine
Mengingat perkiraan waktu mutasi dan dampaknya didokumentasikan pada kesuburan dalam model tikus dengan mutasi yang sama, Varki dan Pascal Gagneux, mulai menyelidiki bagaimana perbedaan genetik mungkin telah berkontribusi pada asal-usul Homo, genus yang mencakup Homo sapiens modern dan spesies punah seperti Homo habilis dan Homo erectus .
“Karena tikus juga lebih rentan terhadap distrofi otot, saya memiliki firasat bahwa ada hubungan dengan peningkatan lari jarak jauh dan ketahanan Homo,” kata Varki, “tetapi saya tidak memiliki keahlian dalam masalah ini dan tidak dapat meyakinkan siapa pun di lab saya untuk mengatur eksperimen yang sedikit kemungkinannya ini. ”
Pada akhirnya, Jon Okerblom mengambil tugas, membangun roda berlari tikus dan meminjam treadmill-tikus. “Kami mengevaluasi kapasitas latihan (tikus yang kekurangan gen CMAH ), dan mencatat peningkatan kinerja selama pengujian treadmill dan setelah 15 hari berjalan secara sukarela,” kata Okerblom, penulis pertama studi tersebut. Para peneliti kemudian berkonsultasi dengan Ellen Breen, seorang ilmuwan peneliti dalam divisi fisiologi di UC San Diego School of Medicine, yang menambahkan pengamatan bahwa tikus menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap kelelahan, peningkatan respirasi mitokondria dan otot tubuh belakang, dengan lebih banyak kapiler untuk meningkatkan suplai darah dan oksigen.
Secara bersama-sama, Varki mengatakan data menunjukkan hilangnya CMAH berkontribusi pada peningkatan kapasitas otot rangka untuk pemanfaatan oksigen. “Dan jika temuan ini diterjemahkan ke manusia, mereka mungkin telah menyediakan hominid awal dengan keuntungan selektif dalam pergerakan mereka dari pohon untuk menjadi pemburu-pengumpul permanen pada rentang terbuka.”
Ketika gen CMAH bermutasi di genus Homo dua hingga tiga juta tahun yang lalu, mungkin sebagai tanggapan terhadap tekanan evolusi yang disebabkan oleh patogen purba, ia mengubah bagaimana hominid dan manusia modern selanjutnya menggunakan asam sialat – sebuah keluarga molekul gula yang melapisi permukaan semua sel hewan, di mana berfungsi sebagai titik kontak penting untuk interaksi dengan sel lain dan dengan lingkungan sekitarnya.
Mutasi manusia menyebabkan hilangnya asam sialat yang disebut N- glycolylneuramineic acid (Neu5Gc), dan akumulasi prekursornya, yang disebut N -acetylneuraminic acid atau Neu5Ac, yang berbeda hanya oleh satu atom oksigen saja.
Perbedaan yang tampaknya kecil ini mempengaruhi hampir setiap tipe sel dalam tubuh manusia – dan telah terbukti menjadi berkat yang beragam. Varki dan lainnya telah menghubungkan hilangnya gen CMAH dan asam sialat untuk tidak hanya meningkatkan kemampuan lari jarak jauh, tetapi juga meningkatkan kekebalan bawaan pada hominid awal. Asam sialat juga bisa menjadi biomarker untuk risiko kanker.
Sebaliknya, mereka juga melaporkan bahwa asam sialat tertentu dikaitkan dengan peningkatan risiko diabetes tipe 2 ; dapat berkontribusi pada peningkatan risiko kanker yang terkait dengan konsumsi daging merah; dan memicu peradangan.
“Mereka adalah pedang bermata dua,” kata Varki. “Konsekuensi dari satu gen yang hilang dan perubahan molekuler kecil yang tampaknya telah mengubah biologi dan kemampuan manusia secara mendalam kembali ke asal-usul kita.”