Новое индийское исследование раскрыло секрет генов шерпов, позволяющих им выживать в самых экстремальных условиях. Статья ученых была опубликована в журнале American Journal of Human Biology
Поднимаясь по ледовой стене Лхоцзе на Эвересте, Самир Николас Патхам с трудом дышал, несмотря на использование кислородного баллона. Здесь, где температура опускается до -30° по Цельсию, а кислорода в окружающей среде на 70% меньше, чем на уровне моря, каждый шаг был пыткой.
Но его друзья-шерпы спокойно и легко преодолевали путь, неся средний вес 16 кг. "Они - сверхлюди", - вспоминает Самир, который на собственном опыте убедился в невероятных, по его мнению, подвигах шерпов - тибетской этнической группы, всемирно известной своими природными альпинистскими способностями.
Однако если бы те же шерпы приехали в Варанаси и заболели, то врачи больницы обнаружили бы у них повышенное давление и низкий гемоглобин по сравнению с обычными жителями равнин. Часто таким шерпам назначали ненужные лекарства. И хотя китайские и американские ученые выделили ген, обеспечивающий высотную адаптацию, биохимический анализ все время отсутствовал - до недавнего глубокого исследования группы индийских ученых, посвященного тому, как гималайцы веками выживали в своей непростой среде обитания.
Народ шерпа известен во всем мире как человек, живущий на большой высоте и занимающийся альпинизмом. По данным переписи населения 2011 года, в Индии проживает около 16 012 шерпов. Хотя в Гималаях есть и другие высокогорные этнические группы, шерпы доминируют в профессии носильщиков до такой степени, что посторонние люди обычно называют носильщиков "шерпами".
К другим высокогорным этническим группам относятся тибетцы, проживающие в Тибетском автономном районе, Ганьсу, Цинхай, Сычуань и Юньнань в Китае; они также встречаются в Индии, Бутане и Непале. В Индии насчитывается 182 685 тибетцев, рассеянных в Бенгалии, Химачал-Прадеше, Аруначал-Прадеше, Ладакхе, Карнатаке и Уттаракханде. Кроме того, в Гималаях в Дарджилинге и Сиккиме проживают лепчане - коренное племя, называющее себя "ронг мигит" (народ лепча). Их численность составляет 47 331 человек. Кроме того, по всему Гималайскому региону рассеяно племя бхутиа, численность которого составляет 229 954 человека.
Эти народы, отличающиеся крепким телосложением и суровым образом жизни, научили весь мир выживать в экстремальных условиях, в неблагоприятном климате с низким содержанием кислорода и суровом рельефе. Однако, несмотря на столь суровый климат, в Гималаях имеются свидетельства раннего заселения территории человеком.
"При длительном проживании в этом регионе люди приобрели необычные способы борьбы с экстремальными климатическими условиями в виде мутаций в своем геноме. Таким образом, существует положительный отбор нескольких генов, которые в конечном итоге и являются движущей силой адаптации в суровой среде", - говорит Гьянешвар Чаубей, известный своими работами в области биологической антропологии, медицинской генетики и криминалистики.
Профессор Чаубей, сотрудник кафедры зоологии Университета Банарас Хинду (BHU), в составе группы специалистов из Университета Калькутты и BHU проанализировал антропометрические и биохимические параметры 178 представителей этнических племен, живущих на высоте от 1 467 до 2 258 м над уровнем моря.
Было обнаружено, что у населения, проживающего на больших высотах, значительно ниже гемоглобин и выше артериальное давление, что необходимо для преодоления экстремальных климатических условий. По словам Чаубея, сравнительно низкий гемоглобин способствует эффективной циркуляции крови у жителей высокогорья, что позволяет им более эффективно использовать меньшее количество кислорода. "На больших высотах низкое атмосферное давление заставляет сердце качать кровь сильнее, чтобы эффективно циркулировать кислород", - поясняет он.
Гемоглобин переносит кислород от легких к остальным частям тела. На больших высотах, при высоком кровяном давлении, низкий гемоглобин уравновешивает концентрацию кислорода в любой момент времени и в любой точке.
У обычных людей это может вызвать гипоксию. Однако у шерпов и тибетцев высокое кровяное давление и низкий гемоглобин преодолевают эту проблему. "Генетическая мутация поддерживает низкий уровень гемоглобина, который действует как естественный разжижитель крови, а высокое давление обеспечивает эффективное поступление крови в каждую клетку", - добавляет Чаубей.
Напротив, с 1953 года на Эвересте погибло более 300 альпинистов, треть из которых умерла от недостатка кислорода.
Исследование, опубликованное недавно в American Journal of Human Biology, охватывало шерпов, лепхов, горхов, тибетцев и племена бхутиа, для которых Гималаи являются родным домом с незапамятных времен. Статистический анализ данных проводился с использованием методов дисперсионного анализа и множественной линейной регрессии.
"Адаптация, вызванная геномными мутациями, позволила им использовать преобладающий низкий уровень кислорода в атмосфере и холодный климат. Однако как эти гены модулируют фенотип, еще предстоит выяснить", - говорит Чаубей, подчеркивая необходимость расширения генетических исследований, начатых китайцами и американцами.
Связь с йети
Еще более удивительно, что самый доминирующий ген семейства высотных адаптаций (EPAS1) появился в результате интрогрессии от архаичных людей, известных как денисовцы, к современным людям. "Многие ученые считают, что эти денисовцы и есть те самые загадочные Йети, которые существуют в основном в фольклоре и сказках, - говорит Чобей.
Денисовцы - это архаичная группа людей, жившая 370 тыс. лет назад, и называются они так из-за окаменелостей, найденных в Денисовой пещере в горах Алтая в Сибири. Они жили в эпоху плейстоцена, расселились по всей Евразии, Южной Азии и Меланезии, а затем исчезли 30 тыс. лет назад.
Ген EPAS1, перешедший из генома денисовцев к современным людям, адаптирован к низкому содержанию кислорода, что позволяет современным тибетцам и шерпам жить на больших высотах более комфортно, чем другим, говорит Чаубей.
Высокогорные жители Индии и Непала также отличаются адаптацией к холоду.
Кроме того, в гималайских популяциях наблюдается эндогамия, поскольку горный хребет является мощным физическим барьером на пути миграции и играет важную роль в формировании динамики популяций. Если долгосрочная изоляция, эндогамия и адаптация к окружающей среде изучены для материковых популяций, то для гималайских популяций такие исследования немногочисленны, поэтому последнее исследование является шагом к более полному пониманию их эволюционной биологии.
В рамках исследования группа специалистов измерила 10 параметров - массу тела, рост, ИМТ, артериальное давление, частоту пульса, SpO2, гемоглобин, гематокрит и уровень глюкозы в крови.
В среднем у шерпов и тибетцев среднее содержание гемоглобина составило чуть более 12 г/дл (14,9 г/дл - контрольное значение), а среднее артериальное давление - 142/94 (120/80 - контрольное значение). Самый высокий уровень гемоглобина был у бхутиа (14,23), за ними следовали лепча (13,6).
"Сравнительно низкий уровень гемоглобина в крови способствует эффективной циркуляции крови у жителей высокогорных районов, что позволяет им более эффективно использовать меньшее количество кислорода", - поясняет доктор Ракеш Таманг, ведущий автор исследования.
Альпинисты говорят
Альпинистка Джаанви Шриперанбудуру, которая является рекордсменкой по восхождению на высочайшие вершины четырех континентов в возрасте 16 лет, называя этих высотников супергероями, говорит, что лично видела мужчин, женщин, детей и даже стариков, живущих в экстремальных условиях. "Что касается шерпов, то их организм устроен иначе, чем у кого-либо в мире. Их пульс может падать до самого низкого уровня, но это просто так устроено их тело и является абсолютно нормальным".
Она и ее отец, врач, вместе ходили в альпинистские экспедиции. Они часто обсуждают строение тела тех, кто живет в Гималаях. "В отличие от шерпов, нам необходимо акклиматизироваться каждый раз, когда мы отправляемся в высокогорные условия, поскольку мы обычно живем на 100% кислороде", - говорит Джаанви.
Тренер по альпинизму и лауреат премии National Adventure Шекар Бабу Бачинепалли говорит, что всегда верил в то, что у гималайцев в ДНК заложено умение выживать в экстремальных климатических условиях и на больших высотах.
"Для таких альпинистов, как я, подъем на большие высоты должен происходить постепенно, давая организму время приспособиться к уменьшению количества кислорода. Время и мощность акклиматизации могут быть разными у разных людей, но дать организму достаточно времени для акклиматизации к пониженному уровню кислорода - это самый главный прием выживания для альпинистов", - говорит он, проводя сравнение между альпинистами и шерпами.
Наряду с акклиматизацией, говорит Шекар, альпинистам необходимо пить много воды для предотвращения обезвоживания и высотной болезни, но гималайцы могут обойтись и без этого. "Кроме того, для выживания в экстремальных условиях, характерных для гор, мы используем комбинацию специального оборудования, методик, физической и психологической подготовки, в то время как [шерпы] этого не делают", - добавляет он.
Самир Николас, чья компания Adventure Pulse специализируется на экзотических горных маршрутах по всему миру, включая базовый лагерь Эвереста в Непале, Эльбрус в России и гору Килиманджаро в Африке, говорит, что во время путешествий по Ладакху можно встретить множество людей, живущих на больших высотах без каких-либо проблем.
"Отправляясь в отдаленные районы Ладакха, особенно в район Занскар, я не могу не наблюдать за рубиново-красными от загара щечками малышей, играющих на коленях у матери, или за маленькими детьми, бегущими по деревенским тропинкам, по которым и человек-то ходит с трудом", - говорит он, добавляя, что суровые условия закалили это коренное население, заставив его не только выживать, но и процветать на протяжении многих поколений.
С другой стороны, туристы, прилетающие в город Лех, сразу же ощущают на себе влияние высокогорья.
Ветеран альпинизма Раман Чандер Суд, который тесно общался с шерпами, бхутами и другими гималайцами во время своих альпинистских миссий, считает, что их способность подниматься в горы, неся на себе тяжелый груз, не может не радовать.
"Я всегда считал, что это происходит потому, что они родились и выросли в таких условиях, хотя до последнего открытия я ничего не знал о технической стороне параметров их крови и артериального давления", - говорит 70-летний специалист, который с детства занимается трекингом и покоряет вершины по всему миру.
