Nu er forskere fra University of Guelph begyndt at forstå hvorfor og har i en ny undersøgelse offentliggjort i Scientific Reports.
Det er grundlæggende forskning, som har et betydeligt potentiale til gavn for mennesker.
Alligatorer, ligesom mange øgler og skildpadder, begynder livet som æg begravet i dybe reder, hvor de dybest begravede får mindst ilt.
“Lavt iltindhold i denne tidlige fase af livet påvirker normale vækst- og udviklingsprocesser, især i hjertet. Hos placentapattedyr, som os, er disse ændringer negative og varer ind i voksenalderen. Men hos alligatorer ser vi noget andet: dem, der har mindst ilt i reden, kan faktisk trives,” siger Sarah Alderman, der er adjungeret professor ved U of G’s Department of Integrative Biology og har ledet undersøgelsen.
De alligatorer, der udvikler sig under iltfattige forhold – eller hypoxi – kommer ud af reden med hjerter, der er større og stærkere end deres søskende, der havde adgang til mere luft som embryoner. Deres hjerter fungerer også bedre under anstrengelse, hvilket kan hjælpe dem med at holde vejret længere eller holde ud under en jagt.
Det, Alderman og hendes samarbejdspartnere ønskede at forstå, var, hvilke ændringer der sker, som skaber disse stærkere, mere effektive hjerter. Så de satte sig for at identificere, hvilke proteinforskelle der kendetegner det hypoxiske gatorhjerte.
Et hold fra Rockefeller Wildlife Refuge i Louisiana hentede alligatoræg fra refugiets vådområder og sendte dem til kolleger på University of North Texas. Der blev nogle af æggene opbevaret i kuvøser med hypoxi, mens resten blev opdrættet i kuvøser med normale iltniveauer.
U of G-holdet modtog prøver af alligatorhjerterne og analyserede med finansiering fra Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) proteinerne i disse hjerter ved hjælp af en metode kendt som “shotgun proteomics”.”
De fandt tegn på, at den lave iltmængde i ægget inducerede et skift i mængden af visse nøglemolekyler, som hjertet bruger til at fremstille hjerteproteiner, til at integrere disse proteiner i deres celler og til hurtigt at fjerne og genanvende eventuelle beskadigede proteiner.
“I det væsentlige øgede disse alligatorer det maskineri, de havde brug for til disse processer,” sagde Alderman.
De fleste af de ændringer, de fandt i embryohjertet, var stadig tydelige to år senere i hjerterne hos unge alligatorer, der også var opvokset i hypoxi.
Såvel fandt Alderman, at de hypoxiske hjerter havde flere proteiner, der var involveret i nedbrydningen af lipider, eller fedtstoffer, der er nødvendige for energi.
“Hjerter er mest effektive, når de forbrænder fedtstoffer til energi,” sagde Alderman og bemærkede, at at atleters hjerter er særligt gode til dette. “Men hos mennesker, når hjertet udvikler sig til hjertesvigt, skifter det til at forbrænde sukkerstoffer.”
Det faktum, at alligatorhjerter fra de embryoner, der er opvokset i hypoxi, udvikler en øget evne til at bruge lipider til energi senere i livet, kan være nøglen til, hvorfor hypoxi ikke er skadeligt for dem, som en lignende tilstand ville have været for et menneskehjerte under udvikling.
Mens Texas-holdet kun var i stand til at studere alligatorerne, indtil de var to år gamle – “Derefter bliver det lidt farligt at holde alligatorer i et laboratorium”, bemærkede Alderman – tyder alt på, at disse ændringer i proteinudtrykket i hjertet er permanente.
Prof. Todd Gillis, professor i Department of Integrative Biology, siger, at denne forskning viser, hvor vigtige miljøforhold under den embryonale udvikling er for den senere sundhed hos den voksne.
“Det er klart, at stressfaktorer, der opstår på dette tidlige tidspunkt, har langsigtede konsekvenser, fordi de, som vi ser her, ændrer dyrets biologi,” siger han.
Gillis, der er medstifter af U of G’s Centre for Cardiovascular Investigations, siger, at det næste skridt er at identificere, hvad der udløser disse vigtige ændringer i proteinudtrykket. Hvis det kan identificeres, åbner det en mulighed for at anvende resultaterne på mennesker med svækkede hjerter, sagde Gillis.
“Hvis man kunne finde en måde at aktivere disse veje på og derefter opretholde det, kunne det være en måde at forbedre hjertefunktionen og holde hjertet sundt.”
Dette forskerhold har for nylig modtaget støtte fra National Science Foundation i USA til at fortsætte dette arbejde. Alderman ser frem til den næste fase af forskningen og bemærker, at alligatorer er fascinerende at studere.
“Alligatorer har vandret på denne planet meget længere end mennesker, og de har ikke ændret sig meget i den tid – så uanset hvad deres hjerter gør, gør de det rigtig godt.”