我們都知道生物鐘的失調與多種人類疾病密切相關。 近日， 美國倫斯勒理工學院的科學家研究發現人類晝夜節律會受到環境毒素所帶來的不利影響。
該研究對應文章則發表於最新上線的Ecology and Evolution雜誌， 名為“Evolution to Environmental Contamination Ablates the Circadian Clock of an Aquatic Sentinel Species”。 在這篇文章中， 科學家基於對水蚤的研究發現廣泛存在於我們生活環境中的多種毒素能夠引起動物體內與晝夜節律密切相關的表觀遺傳學改變。
文章的主要作者Jennifer Hurley博士表示：“這項研究表明， 長期接觸環境毒素可能會使我們的晝夜節律功能受到抑制， 而節律功能的紊亂則與癌症， 糖尿病，
在先前的研究中， 科學家發現一種稱為蚤狀溞（Daphnia pulex）的水蚤能夠對環境污染產生一定的適應性。 這種生活在紐約喬治湖邊的水蚤不得不忍受柏油路所帶來的鹽污染， 然而， 儘管蚤狀溞能夠迅速演化出對道路鹽污染的耐受性， 但其獲得這種適應性所要付出的代價也是十分慘重的。 為了適應道路帶來的鹽污染， 蚤狀溞必須犧牲其原有的晝夜節律。
一般情況下， 水蚤常被作為研究生物體如何對環境壓力作出反應的模式生物， 基於在水蚤身上的這些發現， 研究人員也認為對環境毒素的暴露也可能同樣影響著高等生物。
為了進一步闡明鹽污染對水蚤晝夜節律的影響， 研究人員檢測了水蚤遭受環境污染後生物鐘相關基因表達水準的變化。 研究人員發現， 在低鹽與恒定的黑暗條件下， 水蚤mRNA表達水準會在24小時中以一定的節律發生振盪， 這清楚地表明水蚤個體確實具有功能性的生物鐘。
為了測試適應高鹽環境是否能夠影響這種功能性生物鐘， 研究人員對五個能夠適應不同鹽度水準的水蚤種群進行了類似的實驗。 研究結果顯示， 在適應地增加環境鹽濃度之後， 水蚤相應mRNA水準的時間節律性就會發生非常明顯的惡化，
研究人員寫道：“適應高鹽環境的水蚤種群表現出週期性基因震盪表達的消融。 有趣的是， 在這些水蚤的節律基因受到抑制的同時， 其他某些基因的表達卻發生了上調。 這些結果表明， 水蚤種群通過對晝夜節律功能的抑制快速地產生了耐鹽性進化。 ”
在確定了受到環境鹽分所抑制的具體節律基因之後， 研究人員對這些基因表達下調的具體調控途徑進行了更為深入的研究。 他們指出， 以前在大型蚤（D. magna）中的研究表明， 暴露於NaCl能夠導致水蚤細胞中DNA甲基化顯著增加， 這一現象暗示著環境影響與細胞的表觀遺傳變化密切相關。
“這些現象表明， 表觀遺傳變化可能參與著水蚤的耐鹽性進化， 並且在一定程度上破壞了水蚤的晝夜節律。 ”研究人員指出。
雖然該研究僅僅涉及了經常存在于水中的一種單一毒素， 但研究人員仍然表示， 包括農藥， 藥品和重金屬在內的許多其他污染正變得越來越普遍。 這項研究所揭示的化學污染引起的晝夜節律紊亂及其危害很可能僅僅是環境污染所帶來危害的冰山一角。