进化研究将双足动物膝关节形态的细微变化与晚年的骨关节炎联系起来

人类的膝盖是设计的胜利。关节从我们与黑猩猩的共同祖先迅速进化而来，以适应我们的两足行走，可能对我们作为一个物种的成功做出了贡献。然而，随着现代医学延长了人类的寿命，我们的物种已经学会了骨关节炎形式的疼痛，这种疼痛可以伴随着这个生物力学杰作的运动。

在一项关于有助于形成这种复杂关节的遗传特征的新研究中，一个国际研究小组发现，调节开关参与了关节的发展膝盖也在骨关节炎中发挥作用，这是一种部分遗传疾病，全世界至少有2.5亿人患有这种疾病。研究结果发表在该杂志上细胞．

人类进化生物学系Richard B. Wolf副教授、论文通讯作者Terence D. Capellini从我们膝盖所承受的负担角度解释了这一点:

他说:“从进化的角度来看，灵长类动物的膝盖从能够承受四条腿走路的力量，变成了把所有的重量都放在两条腿上。”“从四足动物变成两足动物改变了力的分布。我们所有的重量都通过臀部和膝盖传递到脚踝。关节中的细胞和关节的形状必须改变以适应这些新的力量。”

有这样一个特定的任务而且由于其起源于较老的灵长类动物的膝盖，优化后的双足膝盖形成了所谓的约束形态，也就是说，它不允许有太多变化。卡佩里尼说:“你可以想象，当你在为飞机设计部件时，你不想偏离太多。

为了理解这种复杂的机制是如何形成的，研究人员寻找了加速自然选择的证据:一系列帮助我们直立行走的突变。

Capellini说:“我们想知道我们是否能在特定的塑造膝盖的基因组区域中看到古代进化的迹象——古代选择。”为了做到这一点，他们寻找了特定调节开关的痕迹，即“负责打开和关闭大脑的DNA片段”遗传物质这使得膝盖成为人类的膝盖。”

他们的发现反映了Capellini所说的“积极选择”——这一新的膝盖给了初生的两足动物一种进化优势的证据。选择功能最高的膝盖，通过降低遗传变异在控制关节形成的开关中。在那个时候，什么样的变异持续存在可能并不重要。

”后,人类这篇论文的主要作者、人类进化生物学博士候选人丹尼尔·理查德(Daniel Richard)解释说:“如果膝盖膨胀和漂移，你就会开始得到这些基因变异，它们会略微改变膝盖的形状或维持膝盖的方式。”“这些轻微的偏差，对受约束的膝盖起作用，会导致患骨关节炎的风险。”

这些特征并不影响双足膝盖的成功，因为自然选择促进个体达到性成熟并成功繁殖的特征。从本质上讲，因为这种新膝盖给了年轻人传递遗传物质的优势，尽管有这些变异，它还是继续存在。我们最终的年龄对它的选择没有什么影响。

理查德说:“我们认为这些轻微的改变对早期生活影响不大。”“但当你一直走到50岁或60岁时，在这段较长的时间内，你膝盖的微小变化会在几十年里加剧。最终会导致老年人患骨关节炎。”

为了证明这一原理，Capellini和同事们又做了两个实验。通过研究骨关节炎患者与普通人群的膝关节开关，他们发现骨关节炎患者的开关平均比那些没有患这种疾病的人有更多的遗传变异。他们还关注了一种名为GDF5(生长分化因子5)的基因，这种基因有助于欧洲人和亚洲人患骨关节炎的风险。通过对小鼠和人类细胞进行CRISPR编辑，他们确定了存在于数十亿人体内的一种遗传变异，这种变异会影响关键膝盖开关的功能，从而改变膝盖形状，增加骨关节炎的风险。

因此，今天人类所感到的僵硬和酸痛，可能仅仅是基于一种进化优势:肌肉骨关节炎和膝盖一起来的。然而，研究人员强调，这种痛苦的特征可能会在人类进化研究中得到回报。

理查德说:“在研究这些衰老疾病时，将新特征与几乎新疾病联系起来的想法是一个很好的思维框架。”“鱼与熊掌不可兼得。”

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