Ключевое различие между геномом современных людей и геномами наших вымерших родственников, неандертальцев и денисовцев, заключается в одной аминокислоте фермента ADSL (аденилосукцинатлиазы). Этот фермент, состоящий из 484 аминокислот, играет фундаментальную роль в синтезе пуринов — строительных блоков ДНК. В 429-й позиции белковой цепи у Homo sapiens находится аминокислота валин, в то время как у неандертальцев и денисовцев на этом месте был аланин. Эта мутация, вероятно, возникла в человеческой линии уже после того, как она отделилась от общего предка с другими гомининами около 600 000 лет назад.
Чтобы изучить влияние этой генетической разницы, группа ученых под руководством нобелевского лауреата Сванте Пэабо из Института науки и технологий Окинавы и Института эволюционной антропологии Макса Планка провела эксперимент на мышах. Исследователи, включая ведущего автора Сянчунь Цзюя, а также Идзуми Фукунагу и Син-Ю Ли, создали генетически модифицированных мышей, у которых фермент ADSL соответствовал человеческому варианту. Результаты исследования были опубликованы 4 августа в журнале PNAS.
Биохимический анализ показал, что у мышей с человеческим вариантом фермента в мозге наблюдался более высокий уровень химических веществ, которые ADSL обычно перерабатывает. Это подтвердило предыдущие выводы о том, что версия фермента у современных людей менее стабильна и менее активна, чем у неандертальцев и денисовцев. Сниженная активность фермента приводит к накоплению его субстратов.
Наиболее значимые результаты были получены при изучении поведения. Самки мышей, несущие человеческий вариант гена, демонстрировали лучшие способности к обучению. Они быстрее устанавливали связь между световыми или звуковыми сигналами и получением воды в качестве вознаграждения, либо проявляли большую мотивацию к поиску этого ресурса. Это указывает на потенциальную связь между сниженной активностью ADSL и когнитивными или мотивационными изменениями.
Примечательно, что как биохимические, так и поведенческие изменения наблюдались исключительно у самок мышей. У самцов, обладающих тем же человеческим вариантом гена, никаких отличий от контрольной группы зафиксировано не было. Причины такой половой специфичности на данный момент остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.
На основе полученных данных была выдвинута гипотеза: менее активный фермент ADSL мог предоставить Homo sapiens эволюционное преимущество. Потенциально, это могло выражаться в более эффективном поведении при конкуренции за ограниченные ресурсы, что, в свою очередь, могло стать одним из факторов, способствовавших выживанию нашего вида и исчезновению неандертальцев и денисовцев.
Эта гипотеза подкрепляется статистическими данными. Анализ ДНК неандертальцев, денисовцев, а также современных африканских, европейских и восточноазиатских популяций показал, что мутации в гене ADSL появляются в геномах современных людей с частотой, превышающей случайную. Это явление, известное как положительный отбор, указывает на то, что данные генетические изменения были полезны и закреплялись в ходе эволюции.
Несмотря на это, авторы исследования призывают к осторожности. Ведущий автор Сянчунь Цзюй заявил: «Пока слишком рано переносить эти выводы непосредственно на людей, поскольку нейронные цепи мышей кардинально отличаются». Различия в строении мозга между видами не позволяют делать прямые аналогии.
Ситуацию усложняет тот факт, что тяжелый дефицит фермента ADSL у современных людей вызывает серьезные генетические заболевания, сопровождающиеся умственной отсталостью и нарушениями речи. Это говорит о существовании тонкого эволюционного баланса: небольшое снижение активности фермента могло быть полезным, однако его чрезмерное подавление приводит к пагубным последствиям для организма.
Внешние эксперты также оценивают результаты сдержанно. Палеоантрополог Марк Коллард из Университета Саймона Фрейзера, не принимавший участия в исследовании, отметил, что полученные выводы «на данном этапе не говорят многого об эволюции человека». При этом он высоко оценил сам методологический подход, назвав стратегию использования мышей для изучения генетических различий «очень многообещающей» для будущих исследований эволюции мозга и поведения.
Изображение носит иллюстративный характер
Чтобы изучить влияние этой генетической разницы, группа ученых под руководством нобелевского лауреата Сванте Пэабо из Института науки и технологий Окинавы и Института эволюционной антропологии Макса Планка провела эксперимент на мышах. Исследователи, включая ведущего автора Сянчунь Цзюя, а также Идзуми Фукунагу и Син-Ю Ли, создали генетически модифицированных мышей, у которых фермент ADSL соответствовал человеческому варианту. Результаты исследования были опубликованы 4 августа в журнале PNAS.
Биохимический анализ показал, что у мышей с человеческим вариантом фермента в мозге наблюдался более высокий уровень химических веществ, которые ADSL обычно перерабатывает. Это подтвердило предыдущие выводы о том, что версия фермента у современных людей менее стабильна и менее активна, чем у неандертальцев и денисовцев. Сниженная активность фермента приводит к накоплению его субстратов.
Наиболее значимые результаты были получены при изучении поведения. Самки мышей, несущие человеческий вариант гена, демонстрировали лучшие способности к обучению. Они быстрее устанавливали связь между световыми или звуковыми сигналами и получением воды в качестве вознаграждения, либо проявляли большую мотивацию к поиску этого ресурса. Это указывает на потенциальную связь между сниженной активностью ADSL и когнитивными или мотивационными изменениями.
Примечательно, что как биохимические, так и поведенческие изменения наблюдались исключительно у самок мышей. У самцов, обладающих тем же человеческим вариантом гена, никаких отличий от контрольной группы зафиксировано не было. Причины такой половой специфичности на данный момент остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.
На основе полученных данных была выдвинута гипотеза: менее активный фермент ADSL мог предоставить Homo sapiens эволюционное преимущество. Потенциально, это могло выражаться в более эффективном поведении при конкуренции за ограниченные ресурсы, что, в свою очередь, могло стать одним из факторов, способствовавших выживанию нашего вида и исчезновению неандертальцев и денисовцев.
Эта гипотеза подкрепляется статистическими данными. Анализ ДНК неандертальцев, денисовцев, а также современных африканских, европейских и восточноазиатских популяций показал, что мутации в гене ADSL появляются в геномах современных людей с частотой, превышающей случайную. Это явление, известное как положительный отбор, указывает на то, что данные генетические изменения были полезны и закреплялись в ходе эволюции.
Несмотря на это, авторы исследования призывают к осторожности. Ведущий автор Сянчунь Цзюй заявил: «Пока слишком рано переносить эти выводы непосредственно на людей, поскольку нейронные цепи мышей кардинально отличаются». Различия в строении мозга между видами не позволяют делать прямые аналогии.
Ситуацию усложняет тот факт, что тяжелый дефицит фермента ADSL у современных людей вызывает серьезные генетические заболевания, сопровождающиеся умственной отсталостью и нарушениями речи. Это говорит о существовании тонкого эволюционного баланса: небольшое снижение активности фермента могло быть полезным, однако его чрезмерное подавление приводит к пагубным последствиям для организма.
Внешние эксперты также оценивают результаты сдержанно. Палеоантрополог Марк Коллард из Университета Саймона Фрейзера, не принимавший участия в исследовании, отметил, что полученные выводы «на данном этапе не говорят многого об эволюции человека». При этом он высоко оценил сам методологический подход, назвав стратегию использования мышей для изучения генетических различий «очень многообещающей» для будущих исследований эволюции мозга и поведения.
