Dlaczego w miastach rodzi się mniej dzieci? Naukowcy odkryli w naszych ciałach biologiczny przełącznik

Gdy globalna populacja ludzka zbliża się do poziomu 8,3 miliarda ludzi – co oznacza potrójny wzrost w stosunku do roku 1950 – świat mierzy się z paradoksalnym zjawiskiem. Choć na Ziemi jest nas coraz więcej, to globalne wskaźniki dzietności gwałtownie spadają: z 5 urodzeń na kobietę w połowie ubiegłego wieku do zaledwie 2,3 w 2021 roku. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) już co szósta osoba na świecie doświadcza niepłodności.

Przez lata winą obarczano czynniki ekonomiczne, stres miejski czy niedobór zasobów. Jednak zespół naukowców z Uniwersytetu Kolorado w Boulder pod kierunkiem prof. Dinga Xue udowodnił, że u podłoża tego problemu leży głęboko zakorzeniony, ewolucyjny mechanizm biologiczny. Wyniki ich przełomowych analiz zostały opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Communications”.

Ścisk działa na nas jak promieniowanie

Odkrycia dokonano przez czysty przypadek. Zespół prof. Xue badał tzw. efekt boczny wywołany promieniowaniem (RIBE). Zjawisko to występuje u pacjentów onkologicznych: poddane radioterapii komórki nowotworowe wysyłają sygnały chemiczne, które uszkadzają sąsiadujące, całkowicie zdrowe tkanki, powodując m.in. wypadanie włosów czy zaburzenia reprodukcyjne.

Już w 2017 roku na łamach Nature prof. Xue opisał ten proces u modelowego organizmu – nicienia C. elegans. Okazało się, że komórki poddane stresowi radiacyjnemu wydzielają specyficzne białko o nazwie proteaza cysteinowa CPR-4. Białko to krąży po organizmie i niszczy DNA zdrowych komórek. Co kluczowe dla nas – ssaki, w tym myszy oraz ludzie, posiadają niemal identyczny odpowiednik tego chemicznego posłańca, zwany katepsyną B.

Prawdziwy przełom nastąpił jednak wtedy, gdy badacze przyjrzeli się nicieniom, które nie były poddawane żadnemu promieniowaniu, ale żyły w ogromnym zagęszczeniu. Ku zdumieniu biologów, na poziomie molekularnym zwierzęta w tłumie wyglądały dokładnie tak, jakby zostały napromieniowane.

Mutacje przekazywane z pokolenia na pokolenie

Naukowcy zaczęli manipulować wielkością kolonii badawczych. Dopóki populacja nicieni była pod kontrolą, enzym CPR-4 pozostawał w uśpieniu. Jednak w momencie, gdy liczebność kolonii przekroczyła krytyczną granicę 3000 osobników, zwierzęta masowo zaczęły wydzielać destrukcyjne białko. Im większe było przeludnienie, tym więcej toksycznego enzymu trafiało do otoczenia.

Eksperymenty powtórzone na myszach potwierdziły czarny scenariusz. U osobników żyjących w tłumie odnotowano średnio aż o 87% więcej mutacji genetycznych w komórkach rozrodczych. W efekcie zwierzęta miały mniej potomstwa, młode rodziły się z widocznymi wadami rozwojowymi a uszkodzenia te były przekazywane kolejnym pokoleniom, trwale wpływając na ewolucję gatunku.

Gdy naukowcy sztucznie zablokowali działanie tego białka, negatywne skutki przeludnienia natychmiast ustały, co stanowi bezpośredni dowód na to, że enzym ten działa jak biologiczny przełącznik płodności.

To ewolucyjny wentyl bezpieczeństwa

Współczesne społeczeństwa koncentrują się w aglomeracjach. Szacuje się, że w miastach mieszka obecnie 45% światowej populacji, kolejne 36% zamieszkuje miasteczka i obszary podmiejskie a w typowo wiejskich regionach żyje już tylko 19% populacji. Stres związany ze ściskiem jest więc codziennością większości z nas.

Badania z Boulder uświadamiają nam, dlaczego wskaźnik urodzeń w metropoliach spada najszybciej – wygląda na to, że natura wyposażyła nas w biologiczny bezpiecznik, który chroni ekosystemy przed kompletnym wyeksploatowaniem w wyniku eksplozji demograficznej.

Choć autorzy badania zaznaczają, że potrzebne są dalsze analizy, aby bezsprzecznie potwierdzić identyczne działanie tego mechanizmu u ludzi, to odkrycie już teraz otwiera rewolucyjne perspektywy. Prof. Ding Xue zdążył już opatentować związek chemiczny, który bezpiecznie blokuje działanie destrukcyjnej katepsyny B u zwierząt. To może w przyszłości pomóc osobom zmagającym się z problemem niepłodności.

Źródło: Nature Communications

Nasz autor

Jonasz Przybył

Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.