La melsa com a reservori d’oxigen en la immersió: l’efecte de la selecció natural en els sama-bajau

Els sama o bajau, originaris del sud de les Filipines, són considerats uns autèntics nòmades de la mar. Són en realitat una col·lecció de pobles que habiten l’arxipèlag Sulu, el litoral de Mindanao, la costa nord i oriental de Borneo, les Celebes, etc. El nombre total d’aquesta bangsa és d’1,1 milions. Fins fa no gaire la majoria vivien en embarcacions (lepa), com a Sama Dilaut o Bajau Laut. El mode de vida tradicional ha estat el de la pesca de subsistència, complementada amb el comerç martítim. Aquest estil de vida mariner implica una forta activitat d’immersió. És proverbial la capacitat de resistència que tenen per fer immersions, i això els ha fet objecte d’interès en recerques fisiològiques. Melissa Ann Ilardo, del Museu d’Història Natural de Dinamarca, va decidir fer la tesi doctoral sobre les adaptacions fisiològiques i genètiques a la immersió dels bajau. Juntament amb el seu supervisor, Eske Willerslev iniciaren el corresponent projecte de recerca, desenvolupat entre les comunitats bajau de Jaya Bakti i de Koyoan. En un article a la revista Cell, Ilardo et al. atribueixen a la selecció natural l’elevada mida de la melsa entre els bajau, que constituïria un reservori extra d’oxigen per a les immersions. També enumeren altres característiques en aquest sentit, que consideren rellevants per a la recerca sobre la hipòxia.

Embarcacions a Lahad Datu, a Sabah, al nord de l’illa de Borneo

L’adaptació a la immersió

Melissa Ann Ilardo concebé aquest projecte sobre la base fisiològica i genètica de les capacitats immersives dels “nòmades de la mar”. El projecte resultant fou iniciat per Ilardo i Eske Willerslev. En el disseny de l’estudi, a més d’Ilardo i Willerslev, participà Ramus Nielsen. Consultaren amb Richard Dougherty sobre les tècniques més adients d’imatge mèdica.

Per al treball de camp a Indonèsia, comptaren amb Suhartini Salingkat. També hi ajudaren Yani Mile i Mardiyanto Saahi. Aquest treball de camp es realitzà en les localitats de Jaya Bakti i de Koyoan, amb la participació i el suport de membres de les comunitats bajau i saluan, amb esment especial a Kepala Desa Hasan i Pai Bayubu.

La recol·lecció de mostres la feren Ilardo i Peter de Barros Damgaard. Ells dos prepararen l’ADN per a la seqüenciació amb Andaine Seguin-Orlando. La feina de seqüenciació la dugueren a terme el personal del GenomeDK HPC Hub de la Universitat d’Aarhus i el Centre de Seqüenciació d’ADN de Dinamarca, amb la participació dels tècnics de laboratori del Centre de GeoGenètica. Simon Rasmussen processà les dades de seqüenciació obtingudes. Nielsen supervisà totes les anàlisis computacionals, que foren realitzades per Ida Moltke, Jade Cheng, Thorfinn S. Korneliussen, Martin Sikora, Aaron J. Stern, Fernando Racimo i la mateixa Ilardo. Els estudis de genètica funcional foren dissenyats i coordinats per Mihai G. Netea i Leo A. B. Joosten, i dut a terme per Inge C. L. van den Munckhof i Rob ter Horst. Ilardo, Nielsen i Willerslev redactaren l’article, amb l’ajut de Kurt Kjær en el disseny gràfic. El text fou tramès a la revista Cell el 21 de juliol del 2017. Seguí un procés de revisió, i l’1 de gener del 2018, s’envià un text esmenat que fou acceptat el 21 de març. El 19 d’abril era publicat per la revista Cell.

Aquest projecte ha estat supervisat per Nielsen i Willerslev. Comptà amb el finançament de la Fundació Lundbeck, de la Fundació Nacional de Recerca de Dinamarca (projecte DNRF94), la Fundació Nacional de Ciència (FNU 109931), entre d’altres.

El projecte s’emmarca en l’estudi de la fisiologia i la genètica de la tolerància a la hipòxia. Sobre aquesta qüestió s’ha fet una recerca intensa entre les poblacions dels grans altiplans (Tibet, regió andina, Massís Etiòpic, etc.), però no s’ha prestat pas tanta atenció entre les poblacions que realitzen immersions marines de manera quotidiana.

Les regions marines del sud-est asiàtic són la llar d’una sèrie de pobles navegadors i pescadors que són referits com a nòmades de la mar. En el mapa s’assenyalen en verd les zones dels sama o bajau, en taronja les dels orang laut, i en blau les dels moken.

Així doncs, les capacitats d’immersió dels sama-bajau en l’inici de l’estudi no se sabia si atribuir-les a una base genètica o a un simple adaptació fisiològica. L’estudi d’Ilardo et al. mostren, a través de la genòmica comparada, que la selecció natural ha afavorit variants del gen PDE10, que promouen una mida superior de la melsa. Aquesta major quantitat melsa actua com un reservori addicional de glòbuls vermells carregats d’oxigen, la qual cosa augmenta la capacitat de tolerar la hipòxia durant les immersions.

El poble bajau

La humanitat és l’única espècie entre els mamífers que, en major o menor mesura, és present a tots els climes de la Terra. De les zones savanoides intertropicals d’Àfrica, d’on és originària la nostra espècie, a les zones més extremes, la plasticitat cultural humana és considerable. Però, a banda de les adaptacions culturals, o per sota d’elles, apareixen adaptacions fenotípiques individuals als extrems ambientals. Aquestes adaptacions fenotípiques consisteixen en un component d’adaptació genètica (innat) i en un component d’adaptació fisiològica (adquirit).

El poble bajau, durant més de mil anys, ha mantingut un estil de vida nomàdic associat completament a la mar. Se’ls pot considerar un poble caçador-recol·lector marítim. La recol·lecció submarina d’aliments hi juga un paper central. En l’estil de vida tradicional, fins a un 60% del temps diari de treball el passen sota l’aigua. Ajudats de protectors oculars de fusta i de peses són capaços de submergir-se a profunditats de més de 70 metres. Aquest estil de vida implica tota una sèrie de trets culturals i tecnològics, però també necessita d’una adaptació fisiològica a la immersió i a la hipòxia. L’adaptació a la immersió és comuna a totes les poblacions humanes i consisteix en bradicàrdia, vasoconstricció perifèrica, contracció de la melsa, etc.

Una part rellevant del coneixement sobre l’adaptació fisiològica a la immersió s’ha obtingut a través de les amas, les recol·lectores de perles d’Okinawa o de la Península d’Izu, a l’arxipèlag nipó. Fou entre elles que s’observà per primera vegada la contracció esplènica com a resposta a la immersió. Aquesta resposta esplènica és mediada per receptors adrenèrgics alfa-2, i consisteix en l’expulsió per part de la melsa de 160 mL d’eritròcits que, alliberats al corrent sanguini, augmenten el contingut d’oxigen de la sang.

Ilardo et al. plantejaren una recerca en dues fases. En la primera feren un escaneig genòmic dels bajau per tal d’identificar gens que haguessin patit una selecció natural específica. En la segona fase examinaren si cap d’aquests gens s’associa amb la mida de la melsa.

La mida de la melsa entre els bajau

L’illa de Cèlebes o Sulawesi, amb 174.600 km2 és l’onzena illa més gran del món. L’illa es divideix en quatre penínsules. És a la Península Central o Sulawesi Tengah on trobem dues localitats litorals, Jaya Bakti i Koyoan, separades per uns 25 km. Jaya Bakti és una localitat bajau, amb una intensa vida marinera. Koyoan és una localitat saluan, que viu més aviat d’esquenes a la mar.

Per a l’estudi d’Ilardo et al. foren recrutats 59 bajau de Jaya Bakti i 34 saluan de Koyoan. De cadascun dels participants se’n recolliren mostres de saliva. Mitjançant una màquina portàtil d’ultrasons es feren mesures de melsa. L’obtenció d’ultrasons en dos plans permet fer una estimació del volum de la melsa.

De les anàlisis genètiques descartaren 16 bajau i 1 saluan per tal de garantir que els individus inclosos en l’estudi no fossin parents estrets entre ells.

La mida de la melsa del bajau era superior a la dels saluan. No hi havia diferència en la mida de la melsa entre bajau que feien immersions i els qui no en feien. En les comparacions tingueren en compte variables com el gènere, l’edat, el pes i l’altura. Tot plegat els porta a pensar que hi ha una diferència fisiològica entre bajau i saluan pel que fa a la mida de la melsa, que no seria explicable per una resposta plàstica de la melsa a la immersió habitual.

La seqüència genòmica dels bajau i dels saluan

A partir de les mostres esmentades de saliva, Ilardo et al. generaren dades de seqüència genòmica, i les contrastaren amb les dades del projecte genòmic panasiàtic, que té presents uns 50.000 polimorfismes mononucleotídics.

L’anàlisi de components principals mostra que els bajau són més propers genèticament als saluan que a la majoria d’altres poblacions asiàtiques. També hi ha una afinitat amb una altra població de Sulawesi, els toraja. Bajau, saluan i toraja entren dins del gradient austronèsic-melanèsic. Comparats amb els saluan, els bajau mostren una major aportació del component austro-asiàtic. Els components austronèsic i melanèsic tenen un origen comú fa uns 16.000 anys. A final del I mil·lenni d.C., es detecta un flux genètic austronèsic cap a les poblacions melanèsiques, que és menor en l’altre sentit.

Per cercar factors genètics que hagin estat seleccionats positivament en els bajau i no en el saluan, Ilardo et al. utilitzen com a grup extern els han de la Xina inclosos en el 1000 Genomes Project. Així detecten polimorfismes mononucleotídics que es desvien fortament entre els bajau en termes de freqüència al·lèlica.

El polimorfisme rs7158863 és el que obté la puntuació més alta. Aquest poliformisme es troba en la regió 5′ del gen BDKRB2. Aquest gen codifica per al receptor 2 de la bradicina. La bradicina és un nonapèptid que indueix entre altres respostes vasodilatació. El gen BDKRB2 es troba implicat en la resposta a la immersió, a través de l’augment de la vasoconstricció perifèrica.

Un altre polimorfisme de la llista és el rs182631728, associat al gen FAM178B. Aquest gen codifica una proteïna que forma un complex estable amb l’anhidrasa carbònica, enzim responsable de mantindre l’equilibri CO2/bicarbonat, important per evitar acumulacions de CO2 i la consegüent acidosi carbònica.

En la llista també apareix el rs16030, associat al gen CACNA1A. Aquest gen és implicat en la regulació de l’alliberament de glutamat, neurotramissor rellevant en la resposta del sistema nerviós central a condicions hiòxiques.

El polimorfisme rs308052, inclòs en la llista, s’associa al gen PDE10A. Aquest gen codifica una activitat fosfodiesterasa que degrada segons missatges com el cAMP i el cGMP. Participa, doncs, en la regulació de la contracció de la musculatura llisa, incloent-hi la musculatura llisa que envolta la melsa.

La melsa

Els orígens dels al·lels seleccionats positivament entre els bajau

La introgressió adaptativa és el fenomen pel qual la selecció natural pot afavorir una major freqüència d’al·lels procedents de poblacions humanes arcaiques en poblacions modernes. Ilardo et al. examinen aquest fenomen en la llista d’al·lels associats a una selecció natural específica entre els bajau. Per fer-ho, empren les dades genètiques dels ioruba, com a població moderna sense introgressions arcaiques. Com a poblacions arcaiques empren dades genòmiques d’individus neandertal i denisova d’Altai. D’aquesta manera, examinen introgressions entre els bajau, emprant alhora els saluan i els han com a referents.

Amb aquesta anàlisi hom troba una regió del cromosoma 2, que inclou el gen FAM178B, que destaca únicament entre els bajau i que podria haver tingut com a origen el genoma dels denisoves. El mateix es pot dir d’altres regions del cromosoma 2 (116902921) i del cromosoma 1 (62249296), que serien introgressions de genoma neandertalià i/o denisovà, però aquestes introgressions també es troben entre els han i els saluan.

Pel que fa als gens PDE10A i BDKRB2 no hi ha indicis d’una introgressió arcaica que expliqui la freqüència al·lèlica dels bajau.

La base genètica de la mida augmentada de la melsa entre els bajau

Ilardo et al. seleccionen els 25 polimorfismes més estretament associats amb els bajau per comprovar si s’associen amb la ida de la melsa. D’aquests 25 polimorfismes, únicament el rs3008052 mostra aquesta associació. Es tracta del polimorfisme contingut en el gen PDE10A. L’al·lel afavorit entre els bajau per a aquest gen s’associa amb un augment de la mida de la melsa. Aquest al·lel actua afectant l’expressió del gen PDE10 en la glàndula tiroide. Uns majors nivells de fosfodiesterasa en la glàndula tiroide limiten l’acció de l’AMPcíclic i estimulen l’alliberament d’hormona tiroide. Entre els efectes de l’hormona tiroide hi hauria el creixement de la melsa, encara que aquest efecte ha estat descrit en ratolins i no en humans..

A través del motor de cerca Global Biobank Engine Ilardo et al. examinen els polimorfisme mononucleotídics associats a la mida de la melsa entre els bajau amb dades de pacients britànics. En l’UK Biobank, els rs2983527, rs3008050 i rs3008049 s’associen amb l’hipotiroidisme. Els al·lels afavorits entre els bajau van en la direcció contrària.

El Human Functional Genomics Project (HFPG) inclou dades que relacionen polimorfisme mononucloetídics i nivells d’hormona T4 i de TSH. Modelitzant l’al·lel seleccionat en bajau del gen PDE10A, hom troba que duria a un augment de la concentració plasmàtica de T4 i la disminució dels nivells de TSH.

Història evolutiva dels al·lels seleccionats positivament en els bajau

En els Bajau un al·lel de rs3008049 assoleix una freqüència del 37,1%. Aquest mateix al·lel té una freqüència del 6,7% entre els saluan, i del 3,0% entre els han. Cal pensar, doncs, que es tracta d’un al·lel minoritari neutre que, entre els bajau, obtingué un avantatge selectiu.

Un al·lel de rs7158863 té una freqüència de 18,3% en els Bajau. La freqüència al·lèlica entre els saluan i els han seria inferior a l’1%.

A través de la modelització, Ilardo et al. descarten que aquestes i altres freqüències al·lèliques es deguin a la deriva gènica o a un error de mostreig. Cal doncs pensar en l’existència d’una coeficient de selecció, s, que hauria actuat durant un temps, t, fins a dur a un al·lel a la freqüència f. L’al·lel PDE10A podria haver estat promogut durant 15.400 anys amb un coeficient de 0,005. Per a l’al·lel BDKRB2, el coeficient selectiu hauria estat superior, de 0,01.

La coevolució de cultura i biologia en poblacions humanes

Ilardo et al., doncs, centren la seva atenció en el gen PDE10A. L’al·lel seleccionat entre els bajau per a aquest gen s’associa amb la funció tiroidea i la mida de la melsa. En el cas del gen FAM178B sembla haver-se produït una introgressió selectiva de material genètica de poblacions humanes arcaiques de l’Àsia Central. Tant en el cas del gen PDE10A com el del BDKRB2 seríem davant d’una selecció que aprofita la diversitat genètica neutra preexistent.

Un canvi cultural com és l’explotació de recursos submarins condueix, doncs, a unes adaptacions genètiques a través de la selecció natural, que condueixen a canvis fisiològics hereditaris.

Ilardo et al. també remarques la rellevància mèdica d’aquest estudi, en fornir una nova comprensió de la relació entre hipòxia, funció tiroidea, volum cel·lular i mida de la melsa.

Lligams:

Physiological and Genetic Adaptations to Diving in Sea Nomads. Melissa A. Ilardo, Ida Moltke, Thorfinn S. Korneliussen, Jade Cheng, Aaron J. Stern, Fernando Racimo, Peter de Barros Damgaard, Martin Sikora, Andaine Seguin-Orlando, Simon Rasmussen, Inge C. L. van den Munckhof, Rob ter Horst, Leo A. B. Joosten, Mihai G. Netea, Suhartini Salingkat, Rasmus Nielsen, Eske Willerslev. Cell 173: p.569-580.e15 (2018).

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.