海洋哺乳动物缺乏防御流行杀虫剂的功能基因

根据匹兹堡大学学院的一项新研究，随着海洋哺乳动物进化成为水的主要栖息地，他们失去了制造蛋白质的能力，这种蛋白质可以保护人类和其他陆栖哺乳动物免受普通人造农药的神经毒性影响。

今天在“科学”杂志上宣布的这一发现的影响促使研究人员呼吁监测我们的水道，以更多地了解杀虫剂和农业径流对海洋哺乳动物的影响，如海豚，海牛，海豹和鲸鱼。该研究还可以进一步阐明编码这种蛋白质的基因在人体中的功能。

“我们需要确定海洋哺乳动物是否确实存在这些农药严重神经系统损害的风险，因为它们在生物学上缺乏分解它们的能力，或者它们是否已经以某种方式适应于避免这种类型的损害。未被发现的方式，“皮特计算和系统生物学系副教授，匹兹堡进化生物学和医学中心的资深作者Nathan L. Clark博士说。“无论哪种方式，这都是由好奇心驱动的科学研究产生的偶然发现。它帮助我们了解我们的基因正在做什么以及环境对它们的影响。”

克拉克和主要作者Wynn K. Meyer博士是他实验室的博士后研究员，他从其他科学家先前的研究中了解到，在海洋哺乳动物的进化过程中，嗅觉和品尝背后的一些基因失去了它们的功能。他们着手了解在陆栖哺乳动物中保存的其他基因在海洋哺乳动物中丧失了功能。

通过分析来自5种海洋哺乳动物和53种陆生哺乳动物的DNA序列，研究小组发现，对氧磷酶1(PON1)是最适合海洋哺乳动物丧失功能模式的基因，同时保留了所有陆生哺乳动物的功能。PON1甚至击败了几个负责嗅觉和味觉的基因，感觉海洋哺乳动物不依赖于它们。

在人类和其他陆地哺乳动物中，PON1减少由不稳定的氧原子引起的细胞损伤。它还保护我们免受有机磷酸盐的侵害，其中一些杀虫剂是通过破坏其神经系统来杀死缺乏PON1的昆虫的杀虫剂。

Clark和Meyer与匹兹堡动物园和PPG水族馆科学和保护主任Joseph Gaspard博士以及美国地质调查局湿地和水生研究中名誉退休人员Robert K. Bonde博士合作。中心，获取海洋哺乳动物来自美国和国际科学家和保护生物学家的血液样本。华盛顿大学的合作者用几种海洋哺乳动物的血液样本对有机磷酸盐副产物进行了反应，并观察了发生的情况。血液没有像陆地哺乳动物那样分解有机磷酸盐副产物，这表明，除非有不同的生物机制保护海洋哺乳动物，否则它们将容易受到“有机磷中毒”的影响，这是一种由于堆积而产生的中毒形式。体内的化学信号，特别是大脑。

为了解海洋哺乳动物失去PON1功能的原因，研究人员追溯了三种不同海洋哺乳动物的功能丧失。鲸鱼和海豚在与5300万年前的河马共同祖先分裂后不久就失去了它;海牛在与6400万年前的大象共同祖先分裂后失去了它。但是最近一些海豹可能最近失去了PON1的功能，最多可能是在2100万年前，也可能是在最近的时间。

“最重要的问题是，他们为什么首先失去了PON1的功能?”梅耶说。“很难说它是否已经不再需要，或者它是否阻止它们适应海洋环境。我们知道古老的海洋环境中没有有机磷农药，所以我们认为这种损失可能与PON1的作用有关。应对长时间潜水和快速重铺所产生的极端氧化应激。如果我们能够弄清楚为什么这些物种没有功能性PON1，我们可能会更多地了解PON1在人体健康中的作用，同时也可以发现潜在的线索。帮助保护最危险的海洋哺乳动物。“

作为在PON1失去功能的潜在现实后果的一个例子，研究人员在他们的科学手稿中解释说，在佛罗里达州，“有机磷农药的农业用途很常见，径流可以流入海牛栖息地。在布里瓦德县，70%大西洋沿岸的海牛估计会迁移或季节性居住，农田经常与海牛保护区和水道相连。“

科学家认为，下一步是开展一项直接观察海洋哺乳动物的研究，该研究在过量农业有机磷酸盐流失期间和之后不久进行。这样一个项目需要加强对海洋哺乳动物栖息地的监测，以及测试已故海洋哺乳动物的组织，以获得有机磷暴露的证据。克拉克说，最近估计研究小组可以发现佛罗里达州海牛栖息地的有机磷水平有十年之久。

“海洋哺乳动物，如海牛或宽吻海豚，是哨兵物种 - 煤矿中的金丝雀，”克拉克说。“如果你遵循他们的健康状况，它会告诉你很多可能最终影响人类的潜在环境问题。”

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