Kræfttumorer kan hjælpe med at opklare mysteriet om den kambriske eksplosion

Kan tumorer hjælpe os med at forklare eksplosionen af ​​jordens liv? Forskere har typisk forklaret historiens periode, hvor store dyrearter meget hurtigt blev meget mere forskelligartede som følge af planetens stigende iltniveauer. Men mine kolleger og jeg har udviklet en ny idé om, at forandringen måske er startet inden for dyrenes egen biologi, baseret på beviser fra proteiner fundet i tumorer. Det var først, da dyr udviklede disse proteiner, at de kunne udnytte ilten og begynde at diversificere.

Fra starten af ​​den kambriske periode for 543 millioner år siden, antallet af dyrearter voksede dramatisk. Fossiloptegnelsen går fra at vise ingen dyrefossiler til pludselig at vise spor og kropsfossiler over hele kloden. Alle større dyregrupper, inklusive hvirveldyrs forfædre, viste sig over blot nogle få titusinder af år (en kort periode i geologisk tid).

Indtil nu, Forskere har haft en tendens til at hævde, at denne "Cambriske eksplosion" var forårsaget af en stigning i antallet af steder i atmosfæren og havene med høje niveauer af ilt. Dette er baseret på ideen om, at ilt gør det lettere for dyr at producere energi og derefter vokse og udvikle sig på forskellige måder.

Men hvad nu hvis dette ikke var tilfældet? Ilt kan give en enestående måde for dyr at producere energi på, men det er ikke nødvendigvis nemt for flercellede organismer at begynde at drage fordel af højere niveauer af ilt. Det virker særligt usandsynligt, fordi alle flercellede organismer løbende skal forny deres kropsvæv ved hjælp af stamceller, celler, der ikke kan lide ilt.

Der er billioner af celler i menneskekroppen, og vi fornyer lige så mange celler af dem hvert år (nogle oftere og andre sjældnere). Vi gør dette ved at bruge en kilde til stamceller, specielle celler, der kan blive til enhver anden form for celle i vores krop. Stamcellerne opholder sig stille i vores væv, indtil der er brug for nye celler.

Stamceller kan generelt ikke lide ilt, fordi det får dem til at miste deres evne til at lave nye celler. Så snart en stamcelle mister denne privilegerede stat, det begynder at blive en almindelig celle, en af ​​masserne. Disse almindelige celler har alle en specifik opgave og er derfor kendt som differentierede celler. Hver enkelt kender sin skæbne, gør sit arbejde, og dør så. Dette rejser spørgsmålet om, hvordan vi bevarer vores puljer af stamceller, når mange af vores væv er gennemblødt med ilt. Og det er her at studere kræfttumorer kommer ind.

Tumorer er grupper af celler med ukontrollerbar vækst, der starter som en enkelt celle og med succes tager springet til flercellede enheder (ligesom dyrenes forfædre gjorde). Tumorer har også deres egne kræftstamceller, der hjælper dem, uanset om der er masser af ilt til stede.

For at bevare disse stamcelleegenskaber, især når der er rigeligt med ilt, de får hjælp fra en bestemt biologisk mekanisme, et protein, der henvises til, har HIF-2a. Vores idé er, at disse proteiner gjorde det muligt for flercellede organismer endelig at klare masser af ilt.

Proteinerne ville kontrollere skiftet til stamcelleegenskaber, selv med masser af ilt til stede. Organismerne ville så endelig være i stand til at komme ind og gøre brug af iltrige miljøer. Så kunne de udvikle komplekst væv og sofistikerede organer såsom hjernen eller nyrerne, der bruger masser af energi.

Disse proteiner er unikke for dyr, og det mest effektive sæt af proteiner – kun besiddet af hvirveldyr – udviklede sig før evnen til at lave iltbærende røde blodlegemer, som vist i vores undersøgelse. Dette understøtter ideen om, at dyr var nødt til at udvikle en måde at kontrollere og vedligeholde stamcellernes egenskaber, før vi kunne gennembløde vores væv i ilt.

Matchende beviser

Den nye teori passer også med andre observationer om Jordens historie, såsom det faktum, at stigninger i ilt i atmosfæren synes at være sket længe før og ude af synkronisering med, at dyrene bliver mere mangfoldige. Eller at visse flercellede organismer levede i iltrige miljøer mere end en milliard år før den kambriske eksplosion, men ikke begyndte at diversificere.

Denne idé om, at iltrige miljøer faktisk var udfordrende for livsformer at klare, rejser spørgsmål om, hvornår lav-ilt faktisk kan være godt for vores kroppe. For eksempel, det ser ud til at lave iltniveauer er vigtige for når vi producerer afkom.

Vores syn har også betydning for, hvorfor vi er sårbare. At udvikle det protein, der gjorde det muligt for os at få adgang til ilt og udvikle komplekse organer som hjernen, havde også sine ulemper. Nu har vi en hjerne, der kræver energi og ikke kan overleve uden ilt. Og når det protein virker på en ukontrolleret måde, det kan skabe tumorer. Måske er kræft en uundgåelig bivirkning af at kunne drage fordel af iltens fantastiske energifrigørende potentiale.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.