Изменение в химии мозга могло дать Homo Sapiens конкурентное преимущество

Фото из открытых источников

Новое исследование предполагает, что крошечное изменение в химии нашего мозга могло стать тем секретным оружием, которое дало Homo sapiens преимущество над неандертальцами и денисовцами. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В основе этой идеи лежит фермент, называемый аденилосукцинатлиазой (АДСЛ), который участвует в синтезе пурина — основного строительного блока ДНК, РНК и других важных биомолекул. 

Этот фермент состоит из цепочки из 484 аминокислот. Единственное различие между современной версией ADSL, присутствующей у современных Homo sapiens, и предковой версией, обнаруженной у вымерших гоминидов, таких как неандертальцы и денисовцы, заключается в одной аминокислоте в этой цепочке. Она находится в позиции 429, где аланин в предковой форме был заменен на валин в современной форме.

Эта небольшая замена в современном варианте делает фермент немного менее стабильным, но до недавнего времени исследователи не были уверены, оказывает ли это какое-либо влияние на его работу.

Чтобы узнать больше, ученые из Окинавского института науки и технологий в Японии и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Германии провели серию экспериментов с геном, кодирующим ADSL.

Ученые обнаружили, что у генетически измененных мышей с современной версией фермента наблюдалось накопление определенных молекул, особенно в мозге, поскольку сниженная активность ADSL означала, что они не расщеплялись столь эффективно.

Поскольку учёным известно, что люди с тяжёлым дефицитом ADSL могут страдать от когнитивных нарушений, исследователи решили проверить, может ли это изменение повлиять на поведение. Они провели эксперимент, в котором мыши должны были реагировать на звуковой или визуальный сигнал, чтобы получить воду. 

Интересно, что самки мышей с современной версией быстрее и успешнее добывали воду, когда испытывали жажду, что позволяет предположить, что это небольшое изменение может помочь улучшить принятие решений или конкурентоспособность в условиях нехватки ресурсов.

«Наши результаты открывают множество вопросов. Например, непонятно, почему только самки мышей, по-видимому, получили конкурентное преимущество. Поведение сложное. Умелый доступ к воде включает в себя обработку сенсорной информации, понимание того, какие действия приводят к вознаграждению, управление социальным взаимодействием, планирование движений и многие другие процессы. Каждый из этих процессов может затрагивать несколько областей мозга. Поэтому необходимы дополнительные исследования, чтобы понять роль ADSL в поведении», — заявила автор исследования профессор Идзуми Фукунага из Окинавского института науки и технологий (OIST).

Исследователи более подробно изучили геномы людей и обнаружили, что почти у всех современных Homo sapiens имеется набор генетических изменений в части гена ADSL, которая не кодирует белки напрямую. Эти изменения, по-видимому, были благоприятными в ходе эволюции человека. Важно отметить, что вместо того, чтобы повысить активность фермента ADSL для компенсации более ранней мутации, эти изменения на самом деле ещё больше снижают его активность, особенно в головном мозге.

«Этот фермент прошёл два отдельных этапа селекции, в результате которых его активность снизилась: сначала за счёт изменения стабильности белка, а затем за счёт снижения его экспрессии. Очевидно, эволюционное давление вынуждает снизить активность фермента настолько, чтобы обеспечить эффекты, которые мы наблюдали у мышей, но при этом сохранить его активность достаточной для предотвращения синдрома дефицита ADSL», — пояснил соавтор исследования Син-Ю Ли также из OIST.  

Поскольку генетические данные показывают, что неандертальцы и денисовцы имели предковую версию ADSL, это указывает на то, что измененная версия, должно быть, появилась у нашего вида после того, как мы отделились от нашей общей линии с другими гомининами, но до того, как современные люди мигрировали из Африки.

Это побудило исследователей задуматься о том, могло ли это небольшое изменение в химии мозга дать Homo sapiens некое конкурентное преимущество перед древними видами гомининов.

«Пока рано переносить эти результаты непосредственно на человека, поскольку нейронные цепи мышей существенно отличаются. Но эта замена могла дать нам некоторое эволюционное преимущество в решении определённых задач по сравнению с нашими предками», — сказал соавтор исследования Сян-Чунь Цзюй из OIST.

«Есть небольшое количество ферментов, которые подверглись эволюционным изменениям у предков современных людей. ADSL — один из них. Мы начинаем понимать последствия некоторых из этих изменений и, таким образом, вместе разгадывать загадку того, как изменился наш метаболизм за последние полмиллиона лет нашей эволюции. Следующим шагом станет изучение того, какие эффекты могут оказывать сочетания этих изменений», — заключил профессор Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка.