Функциональная потеря одного гена изменила человека
Два-три миллиона лет назад функциональная потеря одного гена вызвала ряд значительных изменений в том, что в конечном итоге станет современным видом человека, изменив все, начиная от коэффициента фертильности и увеличивая риск рака от употребления красного мяса.
В новой статье, опубликованной в выпуске журнала «Proceedings of the Royal Society B» от 12 сентября, исследователи из Калифорнийской школы медицины Сан-Диего из Университета Калифорнии сообщают об исследованиях мышей, сконструированных с отсутствием одного и того же гена, называемого CMAH, и полученных данных, которые показывают, почему человек стал одним из лучших бегунов на длинные дистанции в животном мире.
Примерно в то же время, когда произошла мутация CMAH, предки людей переходили от лесных районов обитания к жизни в основном в засушливых саваннах Африки. В то время они уже ходили вертикально, тела и способности этих ранних гоминид резко развивались, в частности, основные изменения произошли в скелетной биомеханике и физиологии, которые привели к длинным, упругим ногам, большим ступням, мощным ягодичным мышцам и обширной системе потовых желез, способных рассеивать тепло гораздо более эффективно, чем другие крупные млекопитающие.
Такие изменения, говорят ученые, способствовали появлению у человека способности относительно неутомимо бегать на большие расстояния, позволяя нашим предкам охотиться в разгар дня, когда другие плотоядные животные отдыхали, и преследовать добычу до изнеможения — техника, называемая настойчивой охотой.
«Мы обнаружили эту первую ясную генетическую разницу между людьми и нашими ближайшими живыми эволюционными родственниками, шимпанзе, более 20 лет назад», — сказал старший автор исследования Аджит Варки, доктор медицинских наук, заслуженный профессор медицины.
Учитывая приблизительное время мутации и ее влияние на фертильность в модели мышей с той же мутацией, Аджит Варки и Паскаль Гане, доктор философии, профессор антропологии и патологии, начали исследовать, как генетическая разница могла способствовать возникновению Homo, рода, который включает в себя современные Homo sapiens и вымершие виды, такие как Homo habilis и Homo erectus.
Полученные учеными данные предполагают, что потеря CMAH способствовала улучшению способности скелетных мышц к использованию кислорода. «И если результаты перевести на людей, потеря CMAH, возможно, предоставила ранним гоминидам избирательное преимущество в их переходе от жизни на деревьях к охотникам-собирателям на открытом пространстве.»
Когда ген CMAH мутировал в роде Homo два-три миллиона лет назад, возможно, в ответ на эволюционное давление, вызванное древним патогеном, он изменил то, как последующие гоминиды и современные люди использовали сиаловые кислоты — семейство молекул сахара, которые покрывают поверхности клеток, где они служат жизненно важными контактными точками для взаимодействия с другими клетками и с окружающей средой.
Мутация вызывает потерю сиаловой кислоты, называемой N-гликолилнейраминовой кислотой (Neu5Gc), и накопление ее предшественника, называемого N-ацетилнейраминовой кислотой или Neu5Ac, которая отличается только одним атомом кислорода.
Это, казалось бы, незначительное различие затрагивает почти каждый тип клеток в организме человека — и оказалось весьма полезным. Ученые связывают потерю гена CMAH и сиаловых кислот с не только улучшенной подвижностью на дальних дистанциях, но также с улучшением врожденного иммунитета у ранних гоминид. Сиаловые кислоты также могут быть биомаркером для риска развития рака.
И наоборот, некоторые сиаловые кислоты связаны с повышенным риском диабета типа 2 и могут способствовать повышению риска развития рака, связанного с потреблением красного мяса.
«Они — обоюдоострый меч, — сказал Аджит Варки. Следствием одного потерянного гена стало небольшое молекулярное изменение, которое, как представляется, глубоко изменило биологию человека и его способности, восходящие к нашим истокам.»
Human-like Cmah Inactivation in Mice Increases Running Endurance and Decreases Muscle Fatigability: Implications for Human Evolution, Proceedings of the Royal Society B, rspb.royalsocietypublishing.or … .1098/rspb.2018.1656