Как генетическая мутация обеспечила доминирование первых людей на Земле

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего выяснили, что мутация гена CMAH у ранних представителей рода Homo, произошедшая 2—3 млн лет назад, привела к существенным изменениям в их организме. Гоминиды смогли нарастить мышечную массу, у них развилась система потовых желёз и возросла выносливость. Именно это помогло человеку одержать верх над другими обитателями планеты в конкурентной борьбе за пропитание и сыграло ключевую роль в процессе эволюции нашего рода.

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) выяснили, что 2—3 млн лет назад у гоминид, древних предков современного человека, мутировал ген CMAH. Это позволило им нарастить мышечную массу, в организме увеличилось число потовых желёз. Всё это положительно повлияло на выносливость и теплообмен. В результате первые представители рода Homo обрели способность быстро, бегом, преодолевать большие расстояния и охотиться в дневное время при высоких температурах — когда большинство других крупных хищников-конкурентов предпочитало скрываться в тени.

Исследователи полагают, что одним из главных отличий ранних представителей рода Homo от их предшественников (австралопитеков, неандертальцев и т. д.) стала принципиально новая тактика охоты, а именно — длительное преследование жертвы. Развитие этого «метода» совпало с потеплением климата, из-за которого африканские леса превратились в саванны.

Ранее учёные выяснили, что пережить жару и успешно охотиться нашим предкам помогли такие физические изменения, как потеря волосяного покрова и удлинение нижних конечностей. Однако генетические механизмы, благодаря которым произошла эта адаптация, были до сих пор неизвестны.

Конкурентное преимущество
 
Чтобы определить, как именно мутация гена CMAH влияет на физическую выносливость человека, американские специалисты провели эксперимент на мышах: у живущих на Земле млекопитающих CMAH существует в исходном виде. В ходе эксперимента учёные подвергли интересующий их ген такой же мутации, какую он претерпел у древнего человека. Впоследствии исследователи поместили мышей с нормальными и «дефектными» генами в беговое колесо.

«Мы продолжили изучать мышечную ткань грызунов с мутировавшим геном. Оказалось, что у них значительно развились дыхательная система и система кровообращения. У подопытных появилась обширная сосудистая сеть, глубоко проникающая между волокнами мышечной ткани. Это позволило им лучше усваивать кислород», — рассказал автор исследования Аджит Варки.

Генетический механизм

Российские эксперты отмечают важность исследования западных коллег, подтверждая, что мутация CMAH способствовала развитию выносливости, необходимой для обеспечения доминирования рода Homo. По мнению доктора биологических наук, профессора Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Альберта Ризванова, изменение этого гена позволило нашим предкам меньше уставать.

В свою очередь, доктор биологических наук, заведующая лабораторией нейрогенетики и генетики развития ИБГ РАН Галина Павлова предположила, что адаптироваться к климатическим изменениям человеку помогла не одна, а несколько мутаций, произошедших примерно в одно и то же время.

«В любом случае, открытие американских учёных является очень большим шагом вперёд», — отметила специалист.

Ведущий научный сотрудник лаборатории транскрипционных факторов эукариот ИБГ РАН Елена Набирочкина считает, что подобные исследования требуют более детальной проработки. Специалист подчеркнула, что для уточнения выводов американских учёных необходимо провести дополнительные опыты на приматах, генотип которых гораздо ближе к человеческому.

Альберт Ризванов также отметил, что смена функциональности CMAH сыграла и свою негативную роль, отрицательно сказавшись на жизнедеятельности клеток человека. Дело в том, что CMAH отвечает за синтез N-гликолилнейраминовой кислоты (Neu5Gc) — аминосахара, который продуцируется в тканях всех млекопитающих, кроме человека. Neu5Gc находится на поверхности клетки, обеспечивая её взаимодействие с соединительными тканями. Главным источником этой кислоты для человека выступает красное мясо: говядина, свинина и баранина. После мутации CMAH наш организм утратил способность к нормальному усвоению животного белка. И по этой причине, как полагают учёные, чрезмерное потребление мяса повышает вероятность развития воспалительных процессов.