Nu har forskare från University of Guelph börjat förstå varför, och i en ny studie som publicerats i Scientific Reports.
Det är grundläggande forskning som har stor potential att gynna människor.
Alligatorer, liksom många ödlor och sköldpaddor, börjar sitt liv som ägg som är nedgrävda i djupa bon, där de som är djupast nedgrävda får minst syre.
”Lågt syreinnehåll i detta tidiga skede av livet påverkar normala tillväxt- och utvecklingsprocesser, särskilt i hjärtat. Hos placenta-däggdjur, som vi, är dessa förändringar negativa och varar in i vuxen ålder. Men hos alligatorer ser vi något annat: de som har minst syre i boet kan faktiskt blomstra”, säger Sarah Alderman, adjungerad professor vid U of G:s Department of Integrative Biology som ledde studien.
De alligatorer som utvecklas under syrefattiga förhållanden – eller hypoxi – kommer ut ur boet med hjärtan som är större och starkare än deras syskon som hade tillgång till mer luft när de var embryon. Deras hjärtan fungerar också bättre under ansträngning, vilket kan hjälpa dem att hålla andan längre eller hålla ut under en jakt.
Vad Alderman och hennes medarbetare ville förstå var vilka förändringar som sker för att skapa dessa starkare, mer effektiva hjärtan. Så de satte sig för att identifiera vilka proteinskillnader som utmärker det hypoxiska alligatorhjärtat.
Ett team från Rockefeller Wildlife Refuge i Louisiana hämtade alligatorägg från refugiets våtmarker och skickade dem till kollegor vid University of North Texas. Där förvarades en del av äggen i inkubatorer med hypoxi medan resten föddes upp i inkubatorer med normala syrenivåer.
U of G-teamet fick prover av alligatorhjärtan och med finansiering från Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) analyserade de proteiner som fanns i dessa hjärtan med hjälp av en metod som kallas ”shotgun proteomics”.”
De fann tecken på att det låga syreinnehållet i ägget framkallade en förändring i förekomsten av vissa nyckelmolekyler som hjärtat använder för att tillverka hjärtproteiner, för att integrera dessa proteiner i sina celler och för att snabbt avlägsna och återvinna skadade proteiner.
”I huvudsak ökade dessa alligatorer det maskineri de behövde för dessa processer”, sade Alderman.
De flesta av de förändringar som de fann i embryohjärtan var fortfarande uppenbara två år senare i hjärtan hos unga alligatorer som också uppfostrats i hypoxi.
Och Alderman fann att de hypoxiska hjärtan hade fler proteiner som är involverade i nedbrytningen av lipider, eller fetter, som behövs för energi.
”Hjärtan är mest effektiva när de förbränner fetter för energi”, säger Alderman och påpekar att idrottsutövarnas hjärtan är särskilt bra på detta. ”Men hos människor, när hjärtat utvecklas till hjärtsvikt, övergår det till att förbränna socker.”
Det faktum att alligatorhjärtan från de embryon som odlats upp i hypoxi utvecklar en ökad förmåga att använda lipider som energitillförsel senare i livet kan vara nyckeln till varför hypoxi inte är skadligt för dem, vilket liknande tillstånd skulle ha varit för ett människohjärta under utveckling.
Men Texas-teamet kunde bara studera alligatorerna tills de var två år gamla – ”Efter det blir det lite farligt att ha alligatorer i ett labb”, påpekade Alderman – allt tyder på att dessa förändringar i proteinuttrycket i hjärtat är permanenta.
Prof. Todd Gillis, professor vid institutionen för integrativ biologi, säger att denna forskning visar hur viktiga miljöförhållanden under embryonalutvecklingen är för den vuxna individens senare hälsa.
”Det är uppenbart att stressfaktorer som uppstår i detta tidiga skede har långsiktiga konsekvenser eftersom de, som vi ser här, förändrar djurets biologi”, säger han.
Gillis, som är en av grundarna av U of G:s Centre for Cardiovascular Investigations, säger att nästa steg är att identifiera vad som utlöser dessa viktiga förändringar i proteinuttrycket. Om detta kan identifieras öppnar det ett sätt att tillämpa resultaten på människor med försvagade hjärtan, säger Gillis.
”Om man kan hitta ett sätt att aktivera dessa vägar och sedan bibehålla det, kan det vara ett sätt att förbättra hjärtfunktionen och hålla hjärtat friskt.”
Detta forskarlag har nyligen fått finansiering från National Science Foundation i USA för att fortsätta detta arbete. Alderman ser fram emot nästa forskningsfas och konstaterar att alligatorer är fascinerande att studera.
”Alligatorer har vandrat på den här planeten mycket längre än vad människor har gjort, och de har inte förändrats särskilt mycket under den tiden – så vad deras hjärtan än gör, så gör de det riktigt bra.”