Луис Кинтана-Мурси – Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов (страница 26)

Следуя той же логике, два независимых исследования изучили, каким образом инуиты Гренландии адаптировались к окружающей их среде. Первое искало генетические основы диабета второго типа, уровень заболеваемости которым особенно высок в этой популяции. Проведя генетический анализ ассоциаций, ученые идентифицировали мутацию в гене TBC1D4, влияющую на повышение уровней глюкозы и инсулина в крови. Эта мутация встречается с частотой около 20 % у инуитов, но она практически отсутствует у всех других популяций в мире. Хотя и соблазнительно думать, что адаптация к традиционному для инуитов гипогликемическому режиму питания благоприятствовала распространению этой мутации, которая, помимо прочего, влияет на усвоение глюкозы, выбор между двумя гипотезами – влиянием отбора и дрейфом генов – пока остается открытым.

Именно этому вопросу посвящено второе исследование, изучавшее, каким образом естественный отбор участвовал в адаптации инуитов к холодному климату и богатой жирами пище. Если рассматривать целый геном, то наиболее выраженные сигнатуры находятся в области генов, связанных с превращением насыщенных жирных кислот в ненасыщенные (так называемая десатурация) (FADS1-FADS2-FADS3), за которыми следуют два гена (WARS2 и TBX15), влияющие на соотношение обхвата бедра и талии и на дифференциацию адипоцитов[85], что предполагает возможное участие в адаптации к холоду. Что же касается давления отбора на гены FADS, то кажется логичным думать, что оно связано с диетой инуитов, богатой жирными кислотами. Еще более интересен факт, что эти же самые гены сильно влияют на рост и вес, а также препятствуют повышению уровней холестерина и триглицеридов[86]. Этот пример наглядно показывает, как плейотропия (явление, когда один и тот же ген задействован в формировании нескольких фенотипических признаков) может оказывать серьезное влияние на фенотип популяции. Действительно, естественный отбор благоприятствовал мутациям в генах FADS в ответ на режим питания инуитов, но оказалось, что они влияют не только на метаболизм жирных кислот, но и на другие характеристики фенотипа – такие, как маленький рост.

Исследование, проведенное в 2018 году, целенаправленно сосредоточилось на адаптации к холоду, изучая эволюционную историю гена TRPM8 – это единственный известный температурный рецептор, задействованный в распознавании холода и реакции на него с помощью физиологической терморегуляции. Описана мутация гена в его регуляторной области: мы находим в популяциях, живущих в северных широтах, вариант гена TRPM8, который изменяет уровень его экспрессии и имеет признаки положительного отбора. Два доказательства поддерживают предположения об адаптивной природе этой мутации: значительная разница в частоте встречаемости мутации в зависимости от популяции и ее географическое распределение. Ее частота варьируется от 5 % (у нигерийцев) до 88 % (у финнов). И следовательно, ее географическое распространение зависит от широты и от температуры.

Тем не менее, речь идет не о естественном отборе путем классического селективного выметания, но скорее об отборе среди существующего разнообразия. Мутация гена, задействованного в терморегуляции (TRPM8), появилась еще в Африке, где ее эволюция была нейтральной. А вот в Евразии она стала появляться все чаще с началом положительного отбора около 25 000 лет назад, совпавшим по времени с последним ледниковым максимумом. Сравнение этой информации с данными древней ДНК указывает, что мутация распространилась в Европе с очень высокой частотой от 3000 до 8000 лет назад. Но есть и цена, которую пришлось заплатить за адаптацию к холоду: эта мутация также связана с высокой предрасположенностью к мигрени, и этим объясняется значительно большая встречаемость этой болезни в популяциях европейского происхождения.

Что значит расти в тропическом лесу? Влажность и рост

И в завершение нашего визита в зоны с негостеприимным климатом нужно упомянуть тропики: само это слово может погрузить нас в сладкие мечты, но в реальности местный климат от них очень далек. Люди смогли адаптироваться к экстремальному климату северных широт, но им также пришлось сталкиваться и с жарким влажным климатом, и следы этого остались в их геноме – вот еще одна тема, которая увлекла антропологов и генетиков в ходе последнего десятилетия. Наравне с арктическим, климат тропических лесов является одним из самых суровых в мире. Для него характерны высокие температуры, значительный уровень влажности и большое разнообразие возбудителей инфекционных заболеваний. Обитатели тропического леса обычно живут недолго, что напрямую связано с их размножением и проявляется, следовательно, в более сильном воздействии отбора.

Самым характерным фенотипическим признаком обитателей тропического леса является их маленький рост (менее 1,5 метра у взрослых мужчин). Мы встречаем этот «фенотип пигмея» у отдельных популяций охотников-собирателей на всей территории Африки, а также в Азии и Южной Америке. Среди всех этих популяций выделяются охотники-собиратели эфе, населяющие тропический лес провинции Итури Демократической Республики Конго: они обладают самым низким ростом – для женщин средний рост составляет 136 сантиметров, а для мужчин 143 сантиметра.

Как понять, в чем причина появления этого общего признака в Африке, Азии и Южной Америке? Развитие этого фенотипа можно рассматривать как адаптивный ответ на очень похожие ограничения, накладываемые жизнью в тропическом лесу и связанные с климатом в различных зонах планеты. Был выдвинут целый ряд гипотез, предлагающих объяснение низкого роста у представителей этих популяций: недостаток пищи, защита от перегрева, связанного с крайней степенью влажности, возможность удобнее передвигаться по лесу и (или) эволюционный компромисс между ранним прекращением роста и началом репродуктивного возраста, поскольку эти популяции, как правило, имеют меньшую продолжительность жизни. Какой же из этих гипотез отдать предпочтение? За последние годы исследования в области геномики человека и популяционной генетики получили новые данные, позволяющие лучше понять генетические основы фенотипа пигмеев и природу отбора, который его формирует.

Охотники-собиратели тропического леса Центральной Африки, которых долгое время называли пигмеями, стали объектом многочисленных исследований в течение последних лет. Самые разные команды ученых из Франции и других стран взялись за вопрос их генетической адаптации к жизни в лесу – в частности, команда Поля Вердю и Эвелин Эйер из Национального музея естественной истории в Париже и команда, состоящая из Этьена Патэна и меня самого, из Института Пастера. В результате этих исследований был идентифицирован целый ряд генов, или участков генома, задействованных в изменении роста и в то же время несущих сигнатуры естественного отбора. Однако полученные результаты остаются неточными и требуют подтверждения, так как гены, идентифицированные в одном исследовании, часто не упоминаются в другом, и это может навести на мысль о большом числе ложноположительных результатов. Тем не менее, для таких адаптаций общепринятой считается роль двух генов: FLNB и EPHB1. Они имеют устойчивые сигнатуры положительного отбора, а их изменение влияет на рост модельных организмов[87] или напрямую на рост человека. Отметим, что для того, чтобы объяснить отсутствие воспроизводимых результатов в разных исследованиях, лучше (чем неуверенность в своих результатах…) рассмотреть развитие сходных адаптаций – как в случае усвоения лактозы. Данные геномных исследований, полученные командой Джорджа Перри из Университета штата Пенсильвания, склоняют нас к этому объяснению: они показывают различие в генетической адаптации к тропическому лесу Центральной Африки между охотниками-собирателями западных и восточных популяций.

Совсем недавно моя команда занялась этим вопросом. Речь шла о том, чтобы лучше понять адаптивное значение фенотипа пигмея в Африке и эволюционные механизмы приспособления к жизни в тропическом лесу. С этой целью мы собрали и проанализировали геномы шести групп охотников-собирателей из Центральной Африки и получили результаты, воспроизводящиеся на разных популяциях. Мы идентифицировали признак сильного положительного отбора, действующего по модели классического селективного выметания, который отмечается во всех группах охотников-собирателей, но отсутствует у их соседей-земледельцев из близлежащих деревень. Речь об участке генома, включающем ген TRPS1, задействованный в формировании некоторых морфологических характеристик – замедленного роста, строения черепа и лица, гипертрихоза (то есть повышенного оволосения), – а также в формировании иммунного ответа.

Кроме того, мы обнаружили у пигмеев признаки полигенного отбора. Более подробные исследования показали, что такие признаки, как возраст менархе (первой менструации) или возраст рождения первого ребенка, определяются плейотропным воздействием генов, ассоциированных с ростом. Другими словами, настоящим фенотипическим признаком, имеющим адаптивное значение, является рост, но поскольку гены, регулирующие рост, связаны и с другими функциями, отбор одновременно повлек за собой изменения нескольких признаков.