Ученые объяснили, почему у людей нет хвостов

Хотя у многих видов приматов есть хвосты, у людей и их наиболее близких родственников-обезьян их нет. В течение многих лет ученые обсуждали причины этого любопытного варианта потери хвоста, пытаясь понять причины этой разницы. Команда генетиков, связанная с NYU Langone Health в Нью-Йорке, опубликовала в журнале Nature новую статью по этой теме.

Их исследования показывают, что за потерю хвоста у современных людей и обезьян ответственен, казалось бы, случайный участок ДНК, вставленный в геном предка человека. Добавление этого инородного элемента могло произойти примерно 25 миллионов лет назад, и его влияние на последующую эволюцию нашего вида и его предков было глубоким.

В частности, это категория видов приматов, известная как гоминоиды, в которую входят люди, шимпанзе, гориллы, орангутанги и гиббоны, у которых нет хвостов. Они есть и у других видов приматов, и известно, что в какой-то момент произошел эволюционный раскол, который объясняет, почему это так.

Опираясь на новейшие технологии, используемые в генетических исследованиях, группа ученых изучила 140 генов, связанных с развитием хвостов у позвоночных (животных с позвоночником). Они искали вариации ДНК между обладателями и не обладателями хвоста, чтобы выяснить, смогут ли они выяснить, как развитие хвоста могло быть остановлено у предков современных гуманоидов.

В конце концов, исследователи сосредоточились на изменениях в гене, известном как TBXT, который очень влияет на рост хвоста у всех животных, у которых есть хвосты. Внутри гуманоидной версии гена они идентифицировали уникальный элемент, известный как AluY, который, по-видимому, был вставлен в последовательность ДНК TBXT миллионы лет назад, в эпоху олигоцена.

Чтобы проверить свою теорию о том, что AluY и вызванные им изменения могут мешать развитию хвоста, исследователи вставили гены TBXT, имитирующие версии, инфицированные AluY, в геномы мышей. Это означало, что мыши обладали собственными генами TBXT, а также недавно добавленной разновидностью, которая была разработана так, чтобы соответствовать форме и характеристикам генов TBXT, обнаруженных у приматов, у которых нет хвостов. 

Примечательно, что у всех мышей, которым был добавлен новый ген, хвост либо не развился, либо вырос хвост, который был намного короче обычного. Это показывает, что ген TBXT с добавленным элементом AluY оказывал бы сильный ингибирующий эффект на рост хвоста у любого вида, где он присутствовал.

В ходе своих исследований ученые-генетики обнаружили еще кое-что удивительное. Они обнаружили, что у мышей с измененными генами TBXT иногда развиваются дефекты нервной трубки — состояние, которое присутствует примерно у одного из каждых 1000 новорожденных детей.

Дефекты нервной трубки вызывают нарушения развития головного, позвоночника или спинного мозга у плода. Они часто связаны с тяжелыми нарушениями, которые могут изменить жизнь или даже привести к смертельному исходу. Основываясь на результатах своей работы на мышах, генетические исследователи из NYU Langone Health подозревают, что элемент AluY в геноме человека каким-то образом связан с возникновением дефектов нервной трубки (хотя для оценки этой гипотезы потребуются дальнейшие исследования).

Открытие того, что вставка последовательности ДНК AluY могла вызвать потерю хвоста у наших древних предков, поднимает интересный вопрос: если бы вредный генетический материал был удален, могли бы люди снова начать выращивать хвосты?

По мнению исследователей, участвующих в новом генетическом исследовании, ответ на этот вопрос — «нет». Они предполагают, что дополнительные изменения в геноме человека, вероятно, стабилизировали структуру отсутствия хвоста, усиливая влияние добавленного генетического элемента AluY.

Из-за этих стабилизирующих факторов «изменение элемента AluY у современных гуманоидов вряд ли приведет к появлению хвоста», подтвердили исследователи. Это наблюдение подчеркивает тот факт, что современные люди во многом отличаются от своих далеких предков и что невозможно повернуть вспять ход человеческой эволюции, просто внеся несколько изменений в геном здесь или там.

С точки зрения эволюции, изменения в ДНК недостаточно, чтобы объяснить появление новой характеристики или утрату старой. Должно быть какое-то преимущество, связанное с выживанием, связанное с изменением, чтобы гарантировать, что его последствия будут длительными и в конечном итоге перейдут на весь вид.

«Конкретные эволюционные факторы, связанные с потерей хвоста у гоминоидов, не ясны, — пишут исследователи, — хотя они, вероятно, участвуют в усилении передвижения при переходе к недревесному образу жизни».

Другими словами, хвосты, возможно, были полезны, когда древние гуманоиды жили и лазали по деревьям, но они были менее необходимы, когда они начали жить на земле. Тейлз, возможно, даже был помехой в этой среде обитания, что ускорило бы их исчезновение.

Какой бы ни была причина исчезновения хвоста человекоподобного существа, «селективное преимущество должно было быть сильным, поскольку потеря хвоста могла включать в себя эволюционный компромисс в виде дефектов нервной трубки», отмечают исследователи-генетики. Исследователи полагают, что спустя 25 миллионов лет после того, как генофонд древнего человека потерял хвост, эти дефекты все еще очевидны у современных людей. Это говорит о том, что эволюционный компромисс продолжает влиять на здоровье человека и сегодня.