Генетическая мутация защитила мозг Homo sapiens от свинцового загрязнения 

Фото из открытых источников

Воздействие свинца на окружающую среду, явление, которое когда-то считалось относительно недавним в истории человечества, на самом деле существует более двух миллионов лет и затрагивало как современных людей, так и их вымерших родственников, таких как неандертальцы. Однако крошечное генетическое изменение — одна буква в коде ДНК — могло действовать как нейропротекторный щит в нашей родословной, способствуя развитию сложного языка и предоставляя нам решающее эволюционное преимущество.

Это главный вывод международного исследования, проведенного под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), в котором анализируется, как повсеместное нейротоксичное загрязняющее вещество могло повлиять на развитие мозга и, в конечном итоге, на судьбу видов гоминидов.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, основано на тщательном анализе окаменелой зубной эмали 51 гоминида, происходящих из Африки, Азии и Европы. В выборку вошли современные и архаичные люди, а также их древние предки, такие как Australopithecus africanus, и вымершие человекообразные обезьяны, такие как Gigantopithecus blacki. Результаты поразительны: у 73% особей в зубах обнаружены свинцовые полосы – химическое свидетельство воздействия свинца в детстве. Особенно важным открытием стало то, что окаменелости G. blacki, возраст которых составляет 1,8 миллиона лет, демонстрировали наиболее частые случаи острого воздействия.

Мы перестали использовать свинец в повседневной жизни, как только поняли его токсичность, но никто никогда не изучал этот элемент в доисторические времена, поясняет автор исследования профессор Алиссон Муотри из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Согласно историческим данным, широкое распространение свинцового загрязнения началось в эпоху римских акведуков, а пик пришелся на период промышленной революции.

Это исследование показывает, что отравление свинцом имеет гораздо более древнее происхождение. Более того, паттерны воздействия, обнаруженные в ископаемых зубах, удивительно похожи на паттерны, обнаруженные у людей, родившихся в период с 1940-х по 1970-е годы, когда широко использовались этилированный бензин и свинцовые краски.

Команда предполагает, что поиск основных ресурсов, в частности воды, привел к этим ранним контактам с водой. Муотри отметил, что, возможно, эти гоминиды искали пещеры с проточной водой. В пещерах содержится свинец, поэтому все эти пространства были загрязнены. Согласно исследованиям зубной эмали, контакт с водой начался в очень раннем детстве.

Поскольку свинец — известный нейротоксин, который вредит развитию мозга, вызывая когнитивные нарушения и трудности в регуляции эмоций, перед командой встал важнейший вопрос: как современный человеческий мозг мог достичь такой сложности, несмотря на эту постоянную токсическую нагрузку?

Ответ, по-видимому, кроется в почти незаметной генетической модификации. Ген NOVA1 (нейроонкологический вентральный антиген 1), считающийся главным регулятором развития нервной системы, контролирует реакцию нейрональных клеток-предшественников на свинец. У большинства современных людей имеется вариант NOVA1, который отличается от архаичной версии, обнаруженной у неандертальцев, всего одной парой оснований.

Предыдущие исследования лаборатории Муотри уже показали, что замена человеческого варианта на архаичный в органоидах мозга — крошечных моделях мозга, полученных из стволовых клеток — привела к изменению нейронной архитектуры и менее сложным долгосрочным синаптическим связям.

Все органоиды идентичны, за исключением этого генетического варианта, что позволяет нам задаться вопросом, даёт ли эта конкретная мутация какое-либо преимущество, сказал Муотри. Чтобы проверить взаимодействие со свинцом, команда подвергла органоиды с обоими вариантами NOVA1 воздействию тяжёлого металла. Результаты оказались показательными: хотя воздействие изменило экспрессию NOVA1 в обоих вариантах, затронув гены, связанные с такими расстройствами, как аутизм и эпилепсия, только архаичный вариант изменил экспрессию гена FOXP2. Этот ген необходим для развития языка и речи; мутации в FOXP2 препятствуют развитию сложной речи.

Муотри объяснил, что этот тип нейронов, связанный со сложным языком, подвержен гибели в архаичной версии гена NOVA1 под воздействием свинца. Ген FOXP2 идентичен у нас и неандертальцев, но то, как он регулируется геном NOVA1, вероятно, и является фактором, обуславливающим языковые различия. По сути, современный вариант гена NOVA1 действовал как предохранительный выключатель, защищая нейронные цепи языка от разрушительного воздействия свинца.

Эволюционные последствия этого открытия весьма значительны. Приобретение защитного варианта гена NOVA1, возможно, стало критическим событием в нашей истории. Сохраняя способность к сложному языку, этот генетический щит мог способствовать более сложной социальной организации, обмену идеями и координации действий крупных групп.

Язык — это такое важное преимущество; он преобразует, это наша сверхспособность, размышляет Муотри. Благодаря языку мы можем организовывать общество и обмениваться идеями, что позволяет нам координировать масштабные перемещения. Нет никаких доказательств того, что неандертальцы были способны на это. Возможно, у них и было абстрактное мышление, но они не могли эффективно переводить его между собой. И, возможно, причина в том, что у них никогда не было такой эффективной системы коммуникации, как наш сложный язык.

Муотри предполагает, что этот когнитивный дефицит, усугублённый повсеместным загрязнением свинцом, мог быть одним из факторов, способствовавших вымиранию неандертальцев около 40 000 лет назад, хотя и не единственным. Хотя они и другие гоминиды несли бремя более уязвимого мозга, современные люди, обладая защитной мутацией, смогли выжить.

Это исследование проливает свет на взаимосвязь между загрязнением окружающей среды и развитием нервной системы, открывая новые перспективы для понимания таких состояний человека, как речевая апраксия или аутизм, при которых поражаются языковые нейронные сети. Таким образом, исследование показывает, как древний яд и небольшая генетическая удача переплелись, чтобы написать решающую главу в истории человечества.