Холод ледникового периода оставил уникальное генетическое наследие

Фото из открытых источников

Анализ древней ДНК свидетельствует о том, что у людей эпохи Дзёмон развилось несколько генетических адаптаций, позволяющих выжить в условиях экстремального холода ледникового периода. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

Выйдите на улицу в январе в легкой одежде, и ваше тело начнет дрожать — это значит, что мышцы сжигают топливо для выработки тепла. Под этим скрывается вторая система, выполняющая ту же работу, но без дрожания, и она работает на жировых отложениях.

Охотники-собиратели, жившие на японских островах после последнего ледникового периода, гораздо чаще, чем современные жители этих мест, обладали генами, отвечающими за сжигание жира.

В одном случае естественный отбор был наиболее сильным в период пика численности ледников. Их преимущество, как интерпретировали исследователи, заключалось в том, насколько хорошо организм преобразовывал накопленный жир в тепло.

Хироки Оота , профессор Токийского университета , возглавляющий лабораторию геномной антропологии , является ведущим автором исследования. В интервью Earth.com он начал с того, что команде не удалось обнаружить.

«Я думаю, самое важное то, что мы не обнаружили ни одного „гена адаптации к холоду“, — сказал он. — Скорее, мы обнаружили несколько генетических сигналов, затрагивающих различные физиологические пути, в частности, термогенез без дрожания, метаболизм липидов и ощущение холода».

Эти три механизма — это выработка тепла без дрожания, переработка жиров в крови и само ощущение холода.

Народ Дзёмон обитал на японских островах примерно от 16 000 до 3 000 лет назад, занимаясь рыболовством и сбором моллюсков. Их род отделился от континентальных восточноазиатских народов задолго до этого, где-то между 27 000 и 19 000 лет назад.

Затем лед растаял. Уровень моря был примерно на 100 метров ниже, настолько низко, что Хоккайдо соединился с азиатским материком, а южные острова образовали единый материк. Около 19 000 лет назад эти участки были затоплены водой, и с тех пор люди там жили самостоятельно.

Древняя ДНК не всегда оказывается полной. Исследователи заполнили пробелы, используя панель из 9290 геномов живых японцев, что оказалось эффективным, поскольку в Японии до сих пор сохранилась значительная доля предков эпохи Дзёмон. В общей сложности они проанализировали 42 генома эпохи Дзёмон: 25 новых, секвенированных из останков на пяти археологических объектах, и 17, опубликованных ранее другими группами.

Оота рассказал, что эти геномы представляют собой «своего рода генетический архив того, как древние охотники-собиратели выживали и адаптировались к суровым условиям ледникового периода».

Большая часть жировой ткани в организме запасает энергию. Один вид жира расходует её, сжигая топливо и выделяя энергию в виде тепла, вместо того чтобы накапливать её. Это бурый жир , или бурая жировая ткань, как её называют в лабораторных анализах.

Ген UCP1 играет центральную роль в процессе выработки тепла, и у жителей Дзёмон был вариант этого гена, связанный с его более высокой экспрессией. Примерно семь из десяти копий в ключевом участке их генома представляли собой версию, повышающую температуру, по сравнению с пятью из десяти у современных жителей Восточной Азии.

Аналогичным образом выяснилось и о способности чувствовать холод. Три четверти копий гена TRPM8, обнаруженных в эпоху Дзёмон, представляли собой версию, более распространенную в холодных местах, тогда как сегодня таких копий всего треть.

Всё остальное идёт в обратном порядке. Три варианта, которые позже стали распространёнными в Восточной Азии, отсутствовали в выборке эпохи Дзёмон: тот, что связан с более густыми волосами и передними зубами в форме лопаты, и два, связанные с использованием алкоголя для умывания. Их родословная отделилась ещё до того, как всё это появилось.

Два наиболее сильных сигнала селекции исходили от генов FTO и APOA5, известных своей ролью в определении массы тела и содержания жира в крови, а не температуры.

Действие FTO в условиях холода было проверено на животных. В эксперименте 2023 года мыши, которым вводили человеческую версию гена, вырабатывали больше тепла и лучше поддерживали температуру тела в холодную погоду. На долю этой версии приходилось 73% копий гена Дзёмон в этом месте, против 17% у жителей Восточной Азии сегодня.

APOA5 воздействует на жиры в кровотоке. Жиры перемещаются в виде триглицеридов, и белок, вырабатываемый этим геном, ускоряет их расщепление внутри жировых клеток. Он также повышает активность UCP1, благодаря чему больше топлива поступает в ткани, которые его сжигают.

Почти девять из десяти носителей гена Дзёмон имели вариант, связанный с повышенным уровнем триглицеридов, по сравнению с менее чем тремя из десяти среди жителей Восточной Азии. Ни одна из известных групп не имеет ни одного варианта гена чаще. Накопление жира и его сжигание для получения тепла кажутся противоположными способностями, и эти люди были созданы для обоих.

По времени находки эта пара связана со льдом. Используя возраст датированных останков, команда определила, насколько распространенным был этот вариант в разные периоды прошлого. По их оценкам, отбор был сильнее в ледниковый период, чем после него.

«В совокупности эти результаты согласуются с адаптацией, которая позволила предкам эпохи Дзёмон эффективно использовать накопленный жир для выработки тепла, в том числе за счет бурой жировой ткани», — сказал Оота.

Инуиты Гренландии — наиболее известный пример народа, на которого повлияли холод и жирная, морская диета. Исследование 2015 года показало, что это во многом связано с группой генов, называемых FADS, которые регулируют длинноцепочечные жиры в рационе, состоящем из морепродуктов.

По этим генам частота встречаемости генов у народа Дзёмон оказалась ближе к генам гренландских инуитов, чем к генам ханьских китайцев. Ханьские китайцы являются более близкими родственниками из этих двух групп, поэтому сравнение и стоило провести.

Исследователи истолковали результат как конвергенцию: два народа, находившиеся под схожим пищевым давлением, оказались с похожей генетикой.

Археологические данные подтверждают это. Следы морской и пресноводной пищи обнаруживаются в керамике эпохи Дзёмон, датируемой периодом от 15 000 до 11 800 лет назад. На стоянке Икавадзу химический анализ костей показывает, что около половины пищи этой группы поступало из моря.

На вопрос Earth.com о том, встречаются ли эти варианты генов у людей и сегодня, Оота ответил, что многие из них встречаются. У жителей Японии значительная доля генов, относящихся к культуре эпохи Дзёмон. Вариант гена FTO, связанный с теплом бурого жира, по-прежнему присутствует у жителей Восточной Азии, хотя и в гораздо меньшей степени, чем в эпоху Дзёмон.

Наследственность отражается и в данных о здоровье. Анализ, проведенный в 2024 году среди более чем 170 000 человек в Японии, показал, что более высокая степень родства с культурой эпохи Дзёмон коррелирует с более высоким индексом массы тела.

Авторы нового исследования связывают это с идеей 1962 года о «экономных генах». То, что помогает организму накапливать и расходовать энергию в холодном, непредсказуемом мире, может работать против него в теплом. Примерно поэтому гены, отвечающие за ожирение, сейчас имеют большее значение, чем для предыдущих поколений.

«Однако следует проявлять осторожность, поскольку это сложные физиологические признаки, на которые влияют множество генов, а также окружающая среда и образ жизни», — сказал Оота.

Адаптация к холоду не пришла сама собой. Варианты генов FTO и UCP1 уже были распространены у предков дзёмонской цивилизации, общих с группами, обитавшими на юге, в то время как гены APOA5 и TRPM8 стали распространены только в дзёмонской линии.

По словам Ооты, больше всего его удивило соответствие между историей популяции и результатами холодных экспериментов. В своих более ранних работах он прослеживал происхождение дзёмонцев по южному маршруту в Восточную Азию, без явного влияния севера. В целом, по всей выборке, обнаружился слабый северный след, наиболее выраженный у дзёмонцев, живших дальше всего на севере.

Ничто из этого не показывает, что на самом деле происходило с телом человека эпохи Дзёмон на холоде. Исследователи сопоставили эти варианты с характеристиками, используя данные о ныне живущих людях.

Они прямо говорят об ограничениях. Чтение ДНК с тела, полученной из древних источников, по-прежнему остается делом случая, особенно если кости и остатки пищи плохо сохранились.

Все участники исследования жили спустя тысячи лет после отступления ледников, поэтому более древнее происхождение скорее предполагается, чем определяется. Для его определения требуется анализ ДНК останков, относящихся к самому ледниковому периоду, прежде всего на Хоккайдо, где образцы ДНК этой более ранней популяции никогда ранее не отбирались.