Author: 杰里·哈萨克(Jerry Husak) 第1页,共3页

我是明尼苏达州圣保罗市圣托马斯大学的副教授。我的研究重点是了解自然选择和性选择的过程如何塑造生理和形态特征。我研究肛门动物,以了解生活史上的权衡,以及内分泌系统如何演变以调节社会行为。

绿肛门的运动与免疫系统

女绿Anole

运动对您的身体有很多影响,其中大部分是有益的,这就是为什么我们人类为了保持健康而这样做。但是,其中一些变化,尤其是在非常激烈的治疗方案下,可能会带来无法预料的后果,可能会很糟糕。例如,您的免疫系统通过更改当时免疫系统的哪个分支占主导地位,来对不同类型的运动做出反应(有氧耐力与无氧抵抗力)。两种运动都倾向于增加更具体‘humoral immunity’(下面的B细胞免疫力)较一般‘细胞介导的免疫力(以下简称T细胞免疫力),尽管两种锻炼的到达途径非常不同。但是,我们对运动免疫权衡所了解的大部分来自人类和啮齿动物。对于其他资源匮乏的动物呢?当能量转移到运动表现上时,简单的能量限制可能会导致整体免疫力受到抑制吗?

我和我的前学生王安德 用绿色茴香进行了实验研究。我们训练了蜥蜴在跑步机上的耐力或在赛道上负重的阻力,持续了9周,然后将它们与久坐的对照组进行了比较。这两种类型的运动对野外的肛门都很重要,并且训练时间表旨在模拟自然界中的高端运动模式。然后,我们对它们进行了三个免疫挑战:(1)对植物血凝素的溶胀反应(细胞介导的免疫),(2)对绵羊红细胞的抗体反应(体液免疫)和(3)伤口愈合能力(所有患者的综合反应)部分)。我们期望,如果简单的能量限制解释了这种折衷,那么所有的免疫措施都会减少,而受耐力训练最大的痛苦。如果蛋白质限制是折衷的原因,那么我们预计所有免疫措施都会减少,而经过短跑训练的人则遭受最坏的影响。最后,如果反应是由于特定于锻炼类型的分子途径的改变引起的,则我们预计在两个训练组中,体液免疫均优于细胞介导的免疫。

Wang和Husak(2020)的图1

Our results did not support only one of our hypotheses. Endurance-trained lizards had the lowest cell-mediated immunity, whereas sprint-trained had the lowest wound healing ability. Antibody production did not differ among treatments. Our hypothesis of sprint-trained lizards (or even endurance-trained) having the lowest overall immune function was not supported, suggesting that energy limitation alone does not explain immune system alteration. For sprint-trained lizards, energy was likely important, since wound healing, an expensive task, went down the most in that group. For endurance-trained lizards, though, the change in T helper cell production favored humoral over cell-mediated immunity. Since both types of exercise favor 体液免疫, it was not too surprising that antibody production did not differ among treatments. Lots of questions remain to be answered, though!

这是什么意思呢?在自然界中,个体在周围环境中移动的时间以及持续的时间差异很大。与久坐的人相比,那些更活跃的人可能具有不同的免疫能力。看看自然界的变化是多么有趣 生存策略,高性能与高免疫力之间的关系会影响自然界的成功。这是一个为甲ole和其他爬行动物开阔的领域!

资源:王,Z。 和J. F. Husak。 2020年。耐力和冲刺训练对绿色小蜥蜴的免疫功能有不同的影响(Carolinensis)。 实验生物学杂志

运动可能会杀死您(如果您是Anole)!

在新奥尔良,对绿色小茴香进行了培训,标记,释放和跟踪。 杰里·哈萨克(Jerry Husak)摄。

在美国,我们 花了很多钱 试图保持健康。这不一定是一件坏事,因为 肥胖与II型糖尿病 在国内。在人类中,通过运动反应增加运动能力的投资还与许多健康益处相关,例如代谢综合征,心血管疾病,肥胖症和糖尿病的发生率降低,有氧运动被认为是长寿的重要指标。但是,这些“side effects”这使运动对于进化生物学家如此有趣,因为这些范围广泛的多系统反应可以告诉我们有关动物生命史演变的一些信息。

在雄性战斗成功,生存和适应性方面,优越的运动能力已被证明对多种生物体有利。此外,运动生理学最惊人的方面之一是脊椎动物对运动的反应有多相似,这表明对运动的反应都是古老的(是的,甚至 鱼回应 锻炼!)和适应性强。但是,到目前为止,还没有研究测试非人类动物通过运动来增加运动表现的投入是否在自然界中具有健身优势。

杰里·哈萨克(Jerry Husak)西蒙·莱沃(Simon Lailvaux) 着手测试运动训练后的优异表现是否会增加绿蜥蜴蜥蜴的存活率。先前使用绿色小茴香的研究表明,它们对不同形式的运动训练有反应,并且在 权衡 在其他系统中,例如繁殖和免疫能力。为什么?因为执行能力在 建立,维护和使用.

进行研究的新奥尔良的城市岛屿。 杰里·哈萨克(Jerry Husak)摄。

杰瑞(Jerry)和西蒙(Simon)在新奥尔良城市公园进行了研究,他们清除了现有的蜥蜴。他们在跑步机上训练了30只蜥蜴(雄性15名,女性15名),在赛道上训练了30只蜥蜴的负重冲刺,还训练了30名未经训练的对照。所有这些动物都被释放到美国路易斯安那州新奥尔良的偏远城市岛屿中,并在一个活跃季节,冬季以及下一个活跃季节进行生存监测。他们预测,训练将增加活跃季节的生存率,但与控制相比,训练的相关维护成本将减少越冬生存期。

这位男性在新奥尔良的荒野中度过了一年,但看起来这是艰难的一年。 杰里·哈萨克(Jerry Husak)摄。

与期望相反,他们发现,与训练有素的蜥蜴相比,久坐控制在所有时间段都实现了显着的生存优势。受过训练的蜥蜴降低了免疫系统,降低了脂肪储存,这表明在资源有限的环境中,锻炼过多并不需要付出代价。这些结果表明,目前已对运动能力进行了优化,以最大程度地延长了绿色小天使的生存时间,并迫使对性能进行额外投资,使其相对于当前的环境需求进入了次优的表型空间。作为人类,我们可以摆脱困境,因为我们不受食物的限制。另一方面,这就是为什么医生建议您在节食和进行剧烈运动训练之前进行咨询。

资料来源:Husak,J.F.和S.P. Lailvaux。 2019。通过实验增强的性能会降低自然生存率。 生物学快报15:20190160。土井: doi.org/10.1098/rsbl.2019.0160.

瘦素介导绿色茴香的折衷方案

瘦素是由脂肪细胞制造的,是体内许多系统的可用能量信号。 healthjade.com的图表

当您只有这么多钱可花时,您必须仔细考虑将其用途。您是去即时满足(您最喜欢的餐厅,但是价格昂贵,却是餐厅!),还是投资长期回报的东西(需要持续数年的厨房用具)?自由生物必须在其整个生命中做出选择。当然,他们不会在厨房做饭,但是他们的身体必须“决定”如何利用珍贵而有限的能量。对于我们心爱的anoles,他们将从摄取的虫子中获得的来之不易的能量投资于什么?立即生产更多更大的婴儿?成长更多?投资他们的免疫系统或运动能力以更好地生存?

动物尸体实际上并未对这些事情做出“决定”。相反,激素和分子机制被安排为人体内的网络,以便在不同的条件下做出“决定”。在新的 , 王安德,最近毕业于 杰里·哈萨克(Jerry Husak)的实验室,对绿色小茴香如何做出这样的决定感到好奇。 之前的工作 Husak实验室的研究表明,当热量受到限制并且蜥蜴被迫通过运动训练增加运动能力时,生殖和免疫功能都会受到影响。为什么会这样,并且它是可逆的?

观察到受过训练和缺乏食物的蜥蜴几乎没有脂肪(想象中的马拉松运动员!),这表明由脂肪细胞产生的荷尔蒙瘦素可能是负责任的。瘦素会影响人体的许多系统(请参见上图),脂肪减少意味着瘦素减少。这意味着瘦素可作为能量存储的直接便捷信号:如果您有足够的能量,则可以指导器官开始工作。这一事实导致了关于瘦素作为能量信号如何控制性状之间权衡的大量文献。希望您在这里看到一个轻微的悖论-如果更多的瘦素意味着更多的可用能量,它如何调解权衡?如果瘦素在相同的总体方向上同时控制两个特征,那么您如何获得更多的特征?

安德鲁进行了一次实验以找出答案。他复制了以前的工作,训练和热量限制男性和女性的绿色小茴香,以抑制生殖和免疫功能。然后,他补充了一半的瘦素,并补充了一半的盐水,期望瘦素能“拯救”生殖力,免疫力或两者兼具。结果很明显:免疫力得到了“拯救”,但繁殖却没有。也就是说,两性都在投资与生存有关的特征,以期(希望)以后繁殖,而不仅仅是立即繁殖。这些结果表明,要么再生能量不足,信号就没有意义,要么这两个特征对瘦素的敏感性不同。未来的工作将有助于消除这些可能性,但是这项工作使我们更加了解在有限的情况下,肛门如何分配能量。

图来自Wang等。 (2019)。关键:U =未经训练,T =受训练,H =高饮食,R =限制饮食,L =注射瘦素,S =注射盐水。注意这里的肿胀反应 PHA 训练和限制卡路里的摄入抑制了注射,但瘦素得以挽救(T-R-S与T-R-L)。

论文:Wang AZ,Husak JF,Lovern M.,2019年。Leptin改善了免疫力,但不能改善繁殖,但要权衡蜥蜴的耐力。 J Comp生理B,印刷中。 doi:10.1007 / s00360-019-01202-2

SICB 2019:棕色Anoles整个生命阶段的类胰岛素信号转导

生长轴调节脊椎动物的生长

我们在发育过程中的生长受到称为“生长轴”的复杂脑体轴的控制。简而言之,如下图所示,大脑的下丘脑向垂体发出信号,将垂体释放到体内,从而刺激肝脏产生两种形式的胰岛素样生长因子(IGF1和IGF2)。生长激素和IGF对肌肉和骨骼的生长都有不同的作用。虽然我们依靠小鼠模型来研究IGF如何影响人类发展,但事实证明,在这两个物种中,IGF1和IGF2在生活过程中的相对分泌是完全不同的。实际上,我们对非哺乳动物中IGF的产生和信号传导知之甚少。

趋化轴的展开图,显示受体和结合蛋白。来自Yakar等。 (2018)。

Abby Beatty,来自 托尼亚·施瓦兹的实验室 在奥本大学(Auburn University)的研究人员着手确定棕色肛门中的生长激素轴的发育模式。当然,该轴比上图复杂得多,包括各种组织中的受体,在人体周围携带信号的结合蛋白(见下文)以及细胞中引起反应的蛋白(IRS)。艾比研究了从胚胎到孵化到成年的棕色小茴香发育过程中IGF1,IGF2和五种结合蛋白的表达。她希望发现IGF1和2的表达会有所不同,并且表达模式在整个生命阶段都会有所不同。这正是她的发现。在发育早期,IGF1和2的表达均较低且相似,但在孵化时,成人中IGF2的表达高于IGF,而IGF2增加。令人惊讶的是,这比鼠标更像是人类的图案!

至于结合蛋白,它们在脑,性腺和肝脏中的表达均相似,但在心脏中BP3的表达较少。尚不清楚结合蛋白中的这些模式对棕色茴香的发育意味着什么,但它们为未来的研究提供了很好的问题!的确,这些结果增加了已经很长的东西清单,使anoles成为一个好的模型系统。

SICB 2019:大型免疫挑战不会降低性能

圣托马斯大学的克里斯汀·罗尔夫(Christine Rohlf)介绍了她在免疫性能折衷方面的研究。

前往SICB总是很令人兴奋,但就像在拥挤的机场,酒店和会议中心旅行一样,如果不小心,您在旅途中生病的可能性更大。众所周知,出差旅行(或变得更糟)会让您感觉很糟糕,当然也不会让您想在跑步机上跑步!在野生动物中也可能如此,包括 茴香。越来越多的免疫反应是 能源昂贵,但是蜥蜴还必须做其他事情,例如觅食,逃避捕食者和加工食物。那么,越来越大的免疫挑战会降低蜥蜴的执行能力吗?克里斯汀·罗尔夫(Christine Rohlf),本科生 杰里·哈萨克(Jerry Husak)的圣托马斯大学实验室想找到绿色的小茴香。

Christine设计了一个实验室实验,以确定与对照组相比,两种类型的免疫挑战(单独还是组合)是否会降低咬合力性能,冲刺速度或耐力。一些蜥蜴接受了两次连续注射 脂多糖 (LPS),一些人接受了活检打孔的皮肤伤口,还有一些人接受了两者。 LPS是革兰氏阴性细菌的信号,注射时会欺骗人体,使其认为自己已感染细菌。因此,您获得了免疫反应,但实际上没有感染。

令人惊讶的是,与对照组相比,没有任何免疫挑战会影响冲刺速度或耐力。尽管蜥蜴没有热量限制,但饮食适中,这意味着能量有限,但显然不足以产生作用。显然,这两个免疫挑战没有我们想象的那么昂贵。克里斯汀发现的唯一效果是第二次LPS注射大大降低了咬合力。由于咬合力可能是所测量的那些能量上最不昂贵的特征(想象奔跑直到精疲力尽,而不是咬进一块坚硬的法国面包),克里斯汀怀疑咬合力的下降是由于缺乏动力而感到不适。未来使用限制卡路里的蜥蜴的工作应该告诉我们,挑战免疫力是否会给肛门带来巨大的成本。

SICB 2019:尾巴存储更多能量时尾巴切开术会发生更多

三一大学的艾米·佩恩(Amy Payne)介绍了她对7种蜥蜴的尾巴切开术的研究。

其中最...之一 有趣 许多蜥蜴(包括anoles)的特点是它们可以自愿,积极地 失去 他们的尾巴逃脱食肉动物。虽然失去大量身体似乎违反直觉,但总比吃掉好!尽管幸存下来有明显的好处,但仍有一些 费用 与尾巴切开术相关。

艾米·佩恩(Amy Payne) 米歇尔·约翰逊(Michele Johnson)的圣安东尼奥三一大学的实验室想知道,七个物种的尾巴损失频率与尾巴的掠夺性和社会用途以及尾巴的能量含量是否相关。对于那些喜欢肛门的人(这就是为什么你在这里),Amy包括了 cristatellus卡罗林。她捕捉并测量了数百只蜥蜴,并对它们进行了行为观察。然后,她能够量化每个物种有多少只蜥蜴的尾巴丢失/再生,以及每只尾巴损失了多少比例。

出人意料的是,在社会或掠夺性环境中,尾巴丢失的频率与使用尾巴无关。但是,尾巴的这两种功能之间存在关联:更经常将其尾巴用于掠夺性使用的物种在社会环境中也更多地使用了它们的尾巴。尾巴损失的频率与整个物种平均损失的尾巴比例之间没有关系。但是当查看尾巴的能量含量时,她确实发现了一些非常酷的结果。艾米发现,甩尾频率与尾能量含量之间存在显着的正相关关系。也就是说,蜥蜴尾巴中的能量越多,该物种中个体的尾巴丢失/再生的频率就越高。尽管这似乎与人们可能随便预测的相反,但艾米(Amy)假设,如果尾巴更大并且对捕食者更有利,则捕食者分心以幸免于尾巴切开术的存活。换句话说,如果蜥蜴有一条骨瘦如柴的尾巴,并将其丢下作为掠食者,那么掠食者无视低热量的尾巴而只吃蜥蜴会更有利。这将使具有低能量含量尾巴的物种的选择在它们掉落尾巴时更加谨慎。这些非常有趣的结果为今后有关尾巴切开术的成本和收益的研究开辟了令人兴奋的领域!

SICB 2017:肌肉生理与社会行为

上图:Faith Deckard介绍了她关于肌肉生理学如何解释加勒比地区大猩猩社交行为变化的研究。

上图:Faith Deckard介绍了她关于肌肉生理学如何解释加勒比地区大猩猩社交行为变化的研究。

马拉松运动员和精英短跑运动员(如Usain Bolt)在肌肉生理方面有着巨大的差异,这使他们能够专注于各自的田径赛事。短跑运动员的肌肉纤维很多,但产生的力量却很大,但很快就会疲劳。而马拉松运动员的肌肉纤维很多,产生的力量却较小,但由于它们依赖有氧呼吸,因此可以进行更长的运动。难道对于我们心爱的加勒比海大鳄也是如此吗?的Faith Deckard 米歇尔·约翰逊(Michele Johnson)的实验室 三一大学的学生试图回答这个问题。她研究了多米尼加共和国的六种茴香,以检验那些具有较高的去皮延伸率并将其去皮延长更长时间的肛门,其去皮肌肉中具有可用于耐力的慢扭肌纤维比例更高。令人惊讶的是,两种行为特征与慢抽动纤维的比例之间没有显着的相关性!但是,这位仔细检查的与会者强烈感觉到存在一种尚待统计的关系。 Faith提供的原始数据对我来说很有说服力,因此我们将看到这个问题的未来发展。 Faith的结果为Anole行为多样性基础仍然难以捉摸的机制提供了非常有趣的线索。

SICB 2017:Leptin作为折衷方案的调解人

上图:王安德鲁(Andrew Wang)介绍了他的研究,研究瘦素如何成为绿色生命周期生命权衡基础的机制。

上图:王安德鲁(Andrew Wang)介绍了他的研究,研究瘦素如何成为绿色生命周期生命权衡基础的机制。

SICB 2017与会者使用的所有秋葵汤,宝男孩和甜菜根必须在食用后去某个地方。这些美味食品中所含的大部分能量被用于体内非常重要的维持功能:新陈代谢,细胞修复和替换以及免疫系统。然后,可以将维护成本后剩余的费用分配给其他任务,例如复制,移动和各种其他任务。与人类不同,Anoles不能无限地获得浓汤中的巨大成分,因此其精力旺盛的投资需要做出更艰难的决定。例如,一旦将energy的能量投入免疫系统后,就不能再用于制作卵或巡逻更长的时间了。的Andrew Wang 杰里·哈萨克(Jerry Husak)的实验室 圣托马斯大学(University of St. Thomas)对使这些投资成为“决定”的肛门所涉及的机制感兴趣。为此,他通过训练蜥蜴来强迫他们将资源分配给能量消耗高的特质(耐力跑),以了解他们可能投资的其他一切将会发生什么。

之前的工作 研究表明,运动训练和饮食限制会导致生殖和免疫系统的巨大折衷。他怀疑可能是抑制这种现象的原因是瘦素激素,它是由脂肪细胞产生的(你也可以做到)。由于更大的脂肪细胞意味着体内更多的瘦素,因此瘦素可以被认为是向大脑和身体发出多少可用于投资的信号。实际上,如果没有足够的瘦蛋白,生殖就会从大​​脑向下停止。与精英运动员一样,安德鲁的马拉松蜥蜴体内几乎没有脂肪,甚至没有脂肪,因此暗示了瘦素的作用。为了解决这个问题,他向蜥蜴的一半补充了瘦素(其余的仅以生理盐水作为对照),看他是否可以“挽救”免疫功能和繁殖。有趣的是,他发现瘦素确实可以拯救他的免疫力,但不能拯救生殖。他将后一个发现归因于:(1)即使存在瘦素信号,也缺乏产生卵的精力资源;或者(2)瘦素注射的压力超过了控制生殖的大脑中的瘦素信号。他的结果表明,生理途径中的某些非常复杂的相互作用可能导致许多动物物种之间的权衡取舍。

瘦素最著名的是一种饱腹感激素,但它具有重要的作用,可以向人体发出足够的能量存储信号。图片来自wiki.brown.edu。

SICB 2017:按性别划分的绩效预测指标

来自reptilesmagazine.com的绿色anole图像。

一个好的短跑选手需要什么?马拉松运动员怎么样?可能有人认为,造成这种表现特征的特征在男性和女性中是相同的。如果您是绿色的anole,那是不对的。 Annie Cespedes,在 西蒙·莱沃克斯的实验室 新奥尔良大学(University of New Orleans)探索了男性和女性绿色小茴香中七个性能特征(冲刺速度,咬合力,粘着力,锻炼,耐力,跳跃能力和攀爬能力)的多元预测因子。安妮(Annie)解释了自然界中的动物如何在日常生活中依赖于许多不同的表现特征,并且雌雄之间在体型和身材上的巨大差异可能意味着,这两种性别会使用不同的方式来获得成功。为了增加这种复杂性,有些人在所有表现特征上的整体表现都比其他人更好(想象一个懒散的土豆与一个非常健康的运动员),并且必须考虑到这一点才能理解肛门的表现。

多变量统计数据使安妮能够证明男性和女性的确确实在表现上有所不同,但仅在握力,冲刺速度,咬合力和跳跃力上有所不同。甚至更有趣的是,解释性能力的形态特征套件在性别之间也有很大差异。例如,腿部肌肉较大的小雌鼠,比那些身材矮小,更具有耐酸和耐力跑者的雌性,短跑和跳投更好。安妮的研究尤为重要的是她的研究方法。在考虑动物如何进化时,必须同时考虑可能影响其生存和繁殖的众多特征。通过了解形态是如何预测性能的,我们可以开始更好地了解选择对这些性能特征起作用时,进化将如何影响形态。

SICB 2017:激素受体能解释行为差异吗?

图片来自Michele Johnson。

图片来自Miguel Webber。

的常读者 Anole年鉴 可能会让人联想到与加勒比海小岛栖息地使用相关的形态学惊人的趋同演化,这与美洲驼的相似惊人趋同演化相吻合。 社会行为。我们对加勒比海大茴香的行为了解最多的是雄性动物的行为:生态型之间的主要差异在于雄性动物使用彩色露珠的频率以及与雌性动物交配的频率。这种男性典型行为似乎与睾丸激素信号传导的物种差异有直觉的联系。 之前的工作 不过,我们发现这些差异似乎与血液中的睾丸激素水平无关,因此, 米歇尔·约翰逊(Michele Johnson)的实验室 三一大学的研究人员检查了睾丸激素受体的变化方式是否与多米尼加共和国的六种茴香和一种美国的行为一致。

激素只能对具有受体的组织产生影响,因此Miguel着眼于负责移动那些神话般的露珠的肌肉(睾丸舌骨肌)中的睾丸激素受体(雄激素受体),希望在物种之间找到相关性。肌肉中的雄激素受体和去角质延伸的速率。尽管数据仍是初步的,但有一种趋势是男性的去皮延伸率较高,在舌骨舌肌中具有更多的雄激素受体。他的下一个步骤是寻找交配速度与男性用来交配的肌肉中的雄激素受体之间的关联(牵开器,阴茎大肌–是的,它会根据您的名字猜测……)。他还想了解行为特征和大脑区域中雄激素受体的物种之间是否存在相关性,这对调节社会行为至关重要。

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供电 WordPress的 & 主题作者 安德斯·诺én