Kan tumörer hjälpa oss att förklara explosionen av livet på jorden? Forskare har vanligtvis förklarat historiens period då stora djurarter blev mycket mer mångfaldiga mycket snabbt som ett resultat av planetens stigande syrenivåer. Men jag och mina kollegor har utvecklat en ny idé om att förändringen kan ha börjat inom djurens egen biologi, baserat på bevis från proteiner som finns i tumörer. Det var inte förrän djuren utvecklade dessa proteiner som de kunde dra fördel av syret och börja diversifiera sig.

Från början av den kambriska perioden för 543 miljoner år sedan, antalet djurarter ökade dramatiskt. Fossilprotokollet går från att inte visa några djurfossiler till att plötsligt visa spår och kroppsfossiler över hela jordklotet. Alla större djurgrupper, inklusive ryggradsdjurens förfäder, dök upp under bara några tiotals miljoner år (en kort period i geologisk tid).

Tills nu, forskare har tenderat att hävda att denna "kambriska explosion" orsakades av en ökning av antalet platser i atmosfären och oceaner med höga nivåer av syre. Detta bygger på tanken att syre gör det lättare för djur att producera energi och sedan växa och utvecklas på olika sätt.

Men tänk om detta inte var fallet? Syre kan ge ett oöverträffat sätt för djur att producera energi, men det är inte nödvändigtvis lätt för flercelliga organismer att börja dra nytta av högre nivåer av syre. Det verkar särskilt osannolikt eftersom alla flercelliga organismer kontinuerligt måste förnya sin kroppsvävnad med stamceller, celler som inte gillar syre.

Det finns biljoner celler i människokroppen och vi förnyar lika många celler av dem varje år (vissa oftare och andra mer sällan). Vi gör detta med hjälp av en stamcellskälla, speciella celler som kan förvandlas till vilken annan typ av cell som helst i vår kropp. Stamcellerna ligger tyst i våra vävnader tills det behövs nya celler.

Stamceller gillar i allmänhet inte syre eftersom det får dem att förlora sin förmåga att skapa nya celler. Så fort en stamcell förlorar denna privilegierade stat, det börjar bli en vanlig cell, en av massorna. Dessa vanliga celler har alla en specifik uppgift och är så kallade differentierade celler. Var och en vet sitt öde, gör sitt jobb, och dör sedan. Detta väcker frågan om hur vi bevarar våra stamceller när många av våra vävnader är indränkta i syre. Och det är här att studera cancertumörer kommer in.

Tumörer är grupper av celler med okontrollerbar tillväxt, som börjar som en enda cell och framgångsrikt gör språnget till flercelliga enheter (precis som djurens förfäder gjorde). Tumörer har också sina egna cancerstamceller som hjälper dem om det finns mycket syre eller inte.

För att bibehålla dessa stamcellsegenskaper, särskilt när syre är rikligt, de får hjälp av en specifik biologisk mekanism, ett protein som refereras till har HIF-2a. Vår idé är att dessa proteiner gjorde det möjligt för flercelliga organismer att äntligen klara av mycket syre.

Proteinerna skulle styra övergången till stamcellsegenskaper, även med mycket syre närvarande. Organismerna skulle då äntligen kunna komma in och utnyttja syrerika miljöer. Sedan kunde de utveckla komplex vävnad och sofistikerade organ som hjärnan eller njurarna som använder mycket energi.

Dessa proteiner är unika för djur, och den mest effektiva uppsättningen proteiner-som endast innehas av ryggradsdjur-utvecklades innan förmågan att göra syrebärande röda blodkroppar, som visas i vår studie. Detta stöder tanken att djur var tvungna att utveckla ett sätt att kontrollera och bibehålla stamcellers egenskaper innan vi kunde blötlägga vår vävnad i syre.

Matchande bevis

Den nya teorin passar också med andra observationer om jordens historia, som det faktum att ökningar av syre i atmosfären tycks ha inträffat långt tidigare och inte synkroniserat med att djuren blir mer mångfaldiga. Eller att vissa flercelliga organismer levde i syrerika miljöer mer än en miljard år före den kambriska explosionen men inte började diversifiera sig.

Denna idé att syrerika miljöer faktiskt var utmanande för livsformer att hantera väcker frågor om när låg syrehalt faktiskt kan vara bra för våra kroppar. Till exempel, det verkar som om låga syrehalter är viktiga för när vi får avkomma.

Vår syn har också betydelse för varför vi är sårbara. Att utveckla proteinet som gjorde det möjligt för oss att få tillgång till syre och utveckla komplexa organ som hjärnan hade också sina nackdelar. Nu har vi en hjärna som kräver energi och inte kan överleva utan syre. Och när det proteinet fungerar på ett okontrollerat sätt, det kan skapa tumörer. Kanske är cancer en oundviklig bieffekt av att kunna dra fördel av den fantastiska energifrigörande potentialen hos syre.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.