Сегодня я хочу поделиться с вами чем-то особенным. Недавно я прочитал книгу, которая заставила меня посмотреть на мир под совершенно другим углом. "От атомов к древу" Сергея Ястребова — это не просто книга, это целое открытие. 📚
Я всегда был уверен, что биология — это скучное заучивание терминов и формул, но эта книга показала мне, что наука может быть увлекательной историей, полной загадок и открытий. От первых страниц автор забирает вас в путешествие по миру живой природы, от самых маленьких атомов до сложных живых систем. 🌱➡️🌳
Читая "От атомов к древу", я узнал о том, как устроены атомы и молекулы, из которых состоят все живые существа, как работает ДНК и какие механизмы лежат в основе наследственности и изменчивости. Автор с легкостью объясняет сложные процессы, происходящие в живых организмах, и делает это так, что читать о них — одно удовольствие. 🔬
Книга также затрагивает тему эволюции, рассказывая о том, как из простейших форм жизни возникло огромное многообразие видов, которое мы наблюдаем сегодня. Ястребов ведет нас через историю кембрийского взрыва, когда за относительно короткий период времени появилось множество новых видов, и показывает, как ученые восстанавливают "древо жизни", пытаясь понять родственные связи между различными группами организмов. 🌐
Читая эту книгу, я понял, что наука — это не только путь к знаниям о жизни, но и возможность увидеть красоту и гармонию природы. "От атомов к древу" не просто информирует, она вдохновляет на новые открытия и заставляет задуматься о многих вещах, которые мы принимаем как должное. 🤔
Так что если вы ищете книгу, которая не только расширит ваши знания, но и заставит вас по-новому взглянуть на окружающий мир, то "От атомов к древу" — это то, что вам нужно. Читайте, вдохновляйтесь и, конечно же, делитесь своими впечатлениями. Мне будет очень интересно узнать, как эта книга повлияла на вас! 💭🌿
Эксперты Пермского Политеха рассказали, можно ли предугадать пол ребенка, почему у кареглазых родителей может родиться ребенок со светлыми глазами, правда ли интеллект наследуется от матери, как возникают генетические заболевания и какие из них наследуются от отца, какие от матери, а также что важнее — наследственная предрасположенность или образ жизни.
Можно ли предугадать пол ребенка?
Каждый раз пол ребенка определяется исключительно в момент оплодотворения — слияния яйцеклетки женщины и сперматозоида мужчины. Яйцеклетка всегда несет так называемую Х-хромосому. Сперматозоиды же содержат либо только ее, либо Y-хромосому. Если яйцеклетка сливается с Х-сперматозоидом — рождается девочка (ХХ), а если с Y-хромосомой, то мальчик (XY). Вероятность каждого из этих событий равна 50%.
Есть мнение, что по тому, сколько мальчиков и девочек рождается обычно в семьях родителей, можно предугадать пол ребенка. Например, если у мамы много сестер, то и у вас родится девочка. Так ли это?
— Пока достоверно не установлено, что какие-либо внешние факторы влияют на частоту формирования пола ребенка. Если изучать «семейное древо» настолько глубоко, чтобы иметь хорошую статистическую выборку, то результат получится именно таким: соотношение мальчиков и девочек будет одинаковым, как и вероятность рождения того или другого, — объясняет Ирина Май, доктор биологических наук, профессор кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ.
Ребенок чаще похож на отца. Правда ли это?
— Действительно, в последние годы результаты некоторых исследований говорят о том, что отцовские гены более агрессивные (доминантные), то есть чаще проявляются. Ученые полагают, что это следствие эволюции, в ходе которой закреплялись гены, гарантирующие отцовство. Однако теория подвергается сомнению, и ряд исследователей считает, что носителями доминантных генов могут являться и матери, а «среднестатистический» ребенок одинаково может быть похож и на отца, и на мать, — рассказывает Ирина Май.
Какие черты родителей, вероятней всего, унаследует ребенок?
— Потомки получают от родителей признаки через передачу генов. Оплодотворенная яйцеклетка несет по одному гену от каждого родителя. Поэтому ребенок унаследует признаки обоих родителей, но проявиться могут черты только одного из них или возможна комбинация. Те черты родителей, которые обязательно появятся у детей, называют доминантными, также есть признаки, которые могут, как будто, вновь возникнуть через несколько поколений – рецессивные. Человек может быть носителем рецессивного гена, который никак не проявляется внешне, если второй ген – доминантный, — объясняет Анна Ахова,кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха.
К доминирующим признакам традиционно относят кудрявые волосы, ямочки на щеках, свободную мочку уха, раннюю седину, облысение у мужчин, веснушки, полидактилию (больше пяти пальцев на руке или ноге). К доминантным также относят гены интенсивной выработки пигмента (например, меланина), наличие которых определяет темную окраску радужки глаз, волос, кожи.
— Стоит понимать, что проявление многих признаков зависит от присутствия и экспрессии сразу нескольких генов. Например, за цвет глаз отвечает около 150 генов. И несмотря на то, что нам рассказывали в школе, некоторая вероятность рождения кареглазого ребенка у светлоглазых родителей существует, — уточняет Анна Ахова.
Часто говорят, что интеллект ребенок наследует от матери. Это так?
Обнаружено более 50 генов, отвечающих за умственные способности человека, часть из них связана с формированием и работой клеток нервной системы. А генов, отвечающих за интеллектуальный уровень, гораздо больше.
— Известные гены, связанные с интеллектом, расположены на аутосомах (хромосомах, одинаковых у мужчин и женщин), а не половых хромосомах (X и Y), поэтому их наследование никак не связано с полом родителя. Иногда отмечают, что интеллект ребенок наследует от матери. Объяснить это можно тем, что на формирование такого сложного признака, как интеллект, сильное влияние оказывает окружающая среда, и интеллектуально развитая мама сможет создать оптимальные условия для развития ребенка. Умственные способности имеет смысл развивать всегда, это не изменит ваши гены, но повысит вашу адаптивность и уровень жизни, — рассуждает Анна Ахова.
Что важнее — наследственная предрасположенность или условия жизни?
— Гены редко однозначно и напрямую определяют то или иное свойство внешнего вида, поведения или способностей человека (исключение — ряд наследственных заболеваний). Набор (комплекс) генов, пришедших от родителей, определяет только склонность к тому или иному внешнему проявлению. Социальная среда и поведенческие привычки человека могут способствовать реализации этой предрасположенности или, напротив, минимизировать ее, — объясняет Ирина Май.
Например, повышенное разрушение зубов формируется генотипом. Но если ребенок не будет чистить зубы с детства, то даже высокая природная сопротивляемость организма не защитит от кариеса. А исходно «плохие зубы» (неправильный прикус, тонкую эмаль, слабость иммунитета у ребенка) можно поддерживать в нормальном состоянии при выполнении всех гигиенических и медицинских процедур, соблюдая правила здорового питания.
Какие заболевания ребенок наследует от отца, а какие от матери?
— Если дефектный ген расположен в аутосомах, то обусловленное им заболевание будет передаваться и проявляться у детей вне зависимости от их пола и пола родителя-носителя заболевания. Если ген доминантный, то заболевание разовьется в любом случае, примеры аутосомно-доминантных заболеваний — полидактилия, арахнодактилия (изменение внешнего вида пальцев), хорея Хантингтона (тяжелая патология нервной системы). По аутосомно-рецессивному типу (когда оба гена рецессивные) наследуется альбинизм, муковисцидоз (патология желез внешней секреции), алкаптонурия (нарушение обмена аминокислот), — рассказывает Анна Ахова.
Если ген находится на Y-хромосоме, то передаваться он будет сыну от отца, а признак будет проявляться вне зависимости от его доминантности. Y-хромосома несет небольшое количество генов и с ее наследованием связано мало заболеваний, например, недоразвитие мужских половых признаков.
Ген, расположенный на Х-хромосоме, может передаваться от отца дочери, а от матери и дочери, и сыну. У мальчиков кодируемый им признак будет проявляться вне зависимости от его доминантности-рецессивности. У девочек доминантный признак проявится в любом случае, а рецессивный — только если оба гена в паре хромосом рецессивны. Заболевания, обусловленные рецессивными генами на X-хромосоме, — это гемофилия, дальтонизм, ихтиоз (повышенное ороговение кожи). Примеров Х-сцепленных доминантных заболеваний немного, например, семейный рахит, синдром Альпорта. Довольно часто такие мутации вызывают внутриутробную гибель плода.
Органоиды клеток человека — митохондрии — содержат собственную ДНК. Они и связанные с ними генетические заболевания (например, митохондриальный сахарный диабет, сопровождающийся глухотой) передаются от матери детям вне зависимости от их пола.
Психические отклонения также обусловлены наследственностью, например, возраст наступления деменции напрямую зависит от количества повторов определенных генов. Проявление многих генетических заболеваний (хорея Хантингтона, синдром Дауна, синдром Кляйнфельтера) сопровождается психическими отклонениями. Шизофрения является многофакторным заболеванием, определяется работой нескольких генов, и на ее развитие большое влияние оказывают условия жизни. Бытует мнение, что психические заболевания передаются по материнской линии, но наследование таких отклонений подчиняется тем же генетическим законам, что и другие заболевания: если дефектные гены расположены в половых хромосомах, то наследование болезни будет связано с полом, если в аутосомах — то нет.
Почему возникают наследственные заболевания?
— Своим детям человек может передать генетические заболевания, если он унаследовал их от своих родителей или в случае повреждения наследственной информации в его половых клетках, при этом сам он болеть не будет, — уточняет Анна Ахова.
Наследственные заболевания могут быть обусловлены изменениями генетического материала, которые передаются от поколения к поколению, или мутациями, которые вновь возникают в яйцеклетках или сперматозоидах у здорового человека, причем ДНК других клеток его организма останется без изменений. Клетки эмбриона, сформировавшегося из половых клеток с поврежденной ДНК, также будут иметь дефект, а родившийся ребенок — генетическое заболевание.
В зависимости от степени изменений или тяжести заболевания человек с новой мутацией может передать ее своим детям, и тогда новый признак будет наследоваться от поколения к поколению. Люди с серьезными генетическими аномалиями обычно родителями не становятся: это может быть обусловлено их стерильностью или социальными факторами. Довольно часто происходит спонтанное абортирование (выкидыш) плода с тяжелыми генетическими дефектами.
Изменения генетической информации могут происходить на уровне генов (за счет изменения последовательности нуклеотидов в ДНК), также от нормы может отклоняться структура хромосом (потеря или переориентация участков) и количество хромосом (уменьшение или увеличение их числа). Мутации могут быть вызваны ионизирующим излучением (к нему относят радиацию, например), вирусами, химическими веществами (некоторыми пестицидами, нитритами, бензолом), в том числе некоторыми фармацевтическими препаратами (циостатиками, иммунодепрессантами и препаратами ртути). К мутации генов приводит также злоупотребление алкоголем, курение.
В течение жизни человека проявляются только те признаки и генетические заболевания, которые сформировались еще на стадии оплодотворенной яйцеклетки, иные наследственные патологии он не получит.
— Некоторые наследственные заболевания проявляются не сразу после рождения, а через несколько лет или десятилетий, например, спинальная мышечная атрофия. Кроме того, есть группа мультифакторных генетических заболеваний с пороговым эффектом: псориаз, сахарный диабет, бронхиальная астма, гипертензия, ревматоидный артрит. Особенностью этих заболеваний является то, что на их развитие большое влияние оказывает окружающая среда, например, генетически обусловленная предрасположенность к сахарному диабету при несоблюдении диеты может спровоцировать его развитие, — добавляет ученый Пермского Политеха.
Набор признаков, которые ребенок получает от родителей, всегда лотерея: повезет ему выиграть крепкие зубы или генетическое заболевание — заранее узнать не получится. Тем не менее выраженность любых признаков во многом зависит от образа жизни человека.
Примечание: текста много, тема сложная и состоит из двух постов. Разделы – "Социокультурные изменения" и "Итоги" (Появление и сокращение генетического разрыва), во второй части.
Вступление
Генетическое разнообразие человеческих популяций Западной Евразии в значительной степени сформировалось в результате трех основных доисторических миграций:
1. Миграции охотников-собирателей, а именно анатомически современных людей, находящихся на ранней стадии социально-экономического развития, которые занимали территорию, примерно, с 45 тыс. лет назад. При этом вклад в последующие популяции внесли выжившие их линии после последнего ледникового максимума около 25-19 тыс. лет назад.
2. Далее, гораздо ещё более существенный вклад, внесли ранние неолитические земледельцы, пришедшие с Ближнего Востока примерно с 11 тыс. лет назад.
3. Степные скотоводы, распространившиеся из Причерноморско-Каспийской степи около 5000 лет назад, привнесли третью основную генетическую компоненту в популяции Западной Евразии.
Аутосомный генофонд практически всех европейских популяций по большей части состоит из различных пропорций этих предковых компонент, при этом независимо какие у них гаплогруппы.
Европейский континент заселялся людьми современной анатомии в несколько волн, при этом не все линии этих людей были предками современных. Первые «сапиенсы» Европы (более 40 тыс. лет назад) пересекались и скрещивались с неандертальцами, пока те совсем не вымерли. Об этой примеси свидетельствуют геномы людей из пещеры Бачо Киро в Болгарии, связанных с археологической культурой начального верхнего палеолита, и со стоянки Пештера-ку-Оасе в Румынии. Другие люди того периода, такие как женщина из пещеры Златый кунь Чехии и человек из Усть-Ишима России, не несут в своих геномах значительного количества неандертальского вклада, чем другие неафриканские группы. При этом люди, жившие в Европе более 40 тыс. лет назад, не оставили существенных следов в генетическом составе современных евразийских популяций, что говорит о том, что они в значительной степени вымерли или были ассимилированы последующими группами людей современной анатомии.
В те времена, на демографию древних людей влияли различные факторы, в том числе и климатические. Пик похолодания во время последнего ледникового максимума (LGM) был около 21 тыс. лет назад, когда Северная Европа была в значительной степени покрыта льдом, а южная граница ледниковых щитов проходила через Германию и Польшу. Многие участки Европы стали холодными пустынями с тундростепями и лесостепями на побережье Средиземного моря. А люди и животные переместились в южные широты, о чем свидетельствует, например, солютрейская культура на Пиренейском полуострове и на юге Франции. Другими предложенными рефугиумами или климатическими убежищами в тот период были Апеннинский полуостров, Балканы и юго-восточная часть Европейской равнины.
А в результате послеледниковой колонизации, палеогенетический анализ выявил разделение популяций охотников-собирателей на западных и восточных. Источники родословной западных охотников-собирателей (WHG) связаны с носителями эпиграветтской, азилийской и других эпипалеолитических культур генетического кластера Виллабруна, появление которого обусловлено миграциями в конце ледникового периода и появлением новой генетической компоненты, связанной с Ближним Востоком того времени, начиная с бёллинг-аллерёдского потепления около 14 тыс. лет назад, что археологически коррелирует с культурными переходами.
А родословная восточных охотников-собирателей (EHG) демонстрирует дальнейшую примесь с верхнепалеолитическими популяциями Сибири - древними северными евразийцами (ANE).
Предковый состав западных охотников-собирателей (WHG) был регионально изменчивым в мезолитических популяциях. Если охотники и собиратели из Британии и северо-западной континентальной Европы продемонстрировали однородный состав от палеолита и мезолита, а также вплоть до неолитической экспансии около 6000 лет назад, то их коллеги из Испании, представляли собой смесь людей из двух рефугиумов, когда к генетическому профилю кластера Виллабруна, добавляется примесь от более ранних местных пиренейских охотников-собирателей, связанных с солютрейской и мадленской культурами верхнего палеолита.
Этот генетический профиль сохранился во время последнего ледникового максимума в Юго-Западной Европе около 25-19 тыс. лет назад.
А время появления примеси сформировавшей восточных охотников-собирателей (EHG), оценивается в 15–13 тыс. лет назад, однако её пропорции в популяциях, по-видимому, соответствуют клине, которая в целом коррелирует с географией, так охотники-собиратели Прибалтики и Украины демонстрируют большее сходство с предками кластера Виллабруна, чем охотники и собиратели западной части современной России, у которых было больше вклада от древних северных евразийцев (ANE).
В свою очередь скандинавские охотники и собиратели продемонстрировали различные пропорции смеси западных и восточных охотников и собирателей (WHG и EHG) в позднем мезолите.
Стоит отметить, что охотники и собиратели мезолита и тем более палеолита, были очень разнообразны и неоднородны, но из-за ограниченного количества данных, наши знания о мезолитической структуре населения и процессах демографического смешения долгое время были скудны и содержали существенные хронологические и географические пробелы в информации. Отчасти это объясняется малым количеством хорошо сохранившихся мезолитических человеческих останков возрастом более 8000 лет, а отчасти и потому, что большинство исследований древней ДНК, посвященных периодам мезолита и неолита, были ограничены преимущественно находками из Европы.
1/3
Хотя давно напрашивается более детальная классификация охотников и собирателей по их характерным отличиям. Так, археологические данные указывают на условную границу от восточной Балтики до Черного моря, к востоку от которой сообщества охотников и собирателей существовали гораздо дольше, чем в Западной Европе, несмотря на аналогичное расстояние до центра распространения раннего земледелия на Ближнем Востоке.
Компоненты восточного и западного происхождения у охотников-собирателей в этом пограничном регионе сильно различаются, но более точные представления о демографических процессах, связанных с разделением на восток и запад и о динамике численности населения к востоку от Европы, включая Северную и Центральную Азию за тот же период времени, весьма ограничены. В этих регионах термин «неолит» характеризуется культурными, экономическими и социальными изменениями, а также использованием керамики. К примеру, неолитические культуры степей Центральной Азии и таежного пояса России уже изготавливали керамику, однако продолжали вести прежний образ жизни с присваивающей экономикой, как у предшествующих мезолитических культур охотников-собирателей, с различными инновациями в зависимости от условий среды обитания. Однако пока недостаточно данных для понимания того, как неолитизация отличалась по своим срокам, механизмам и последствиям в разных уголках Евразии.
В Европе, кроме восточной её части, переход от охоты и собирательства к земледелию сопровождался прибытием мигрантов ближневосточного происхождения, практикующим производящее хозяйство на основе одомашненных растений и животных. С последующим значительным ростом населения. В Юго-Восточной, Центральной и Западной Европе анатолийские земледельцы впоследствии в некоторой степени смешались с местными охотниками и собирателями, а на территории Британии, прибывшие с континентальной Европы ранние европейские земледельцы полностью заменили местных охотников и собирателей.
А вот в восточно-балтийском регионе наблюдается заметно иная модель неолитизации, с появлением одомашненных животных только при появлении культуры шнуровой керамики (CWC) около 4800 лет назад. Аналогичным образом в Северном Причерноморье люди с генетическим профилем мезолитических охотников и собирателей тысячелетиями сосуществовали с земледельческими группами, расположенными дальше на запад.
И третий крупнейший генетический пласт в истории европейских популяций связан со степными скотоводами раннего бронзового века, как представители ямной культуры около 5 тыс. лет назад. Этот генетический профиль, быстро распространился по Европе посредством экспансии как носителей культуры шнуровой керамики (CWC), так и родственных ей культур.
Хотя предыдущие исследования выявили эти крупномасштабные миграции в Европу и Центральную Азию, основные аспекты, касающиеся демографических процессов, не решены. Ямная или степная родословная в общих чертах охарактеризована как смесь восточноевропейских (EHG) и кавказских охотников-собирателей (CHG), образовавшаяся в результате гипотетической смеси «северного» степного и «южного» кавказского источников. Однако точное происхождение этих предковых источников не было установлено. Более того, за некоторым исключением, известные гаплогруппы Y-хромосомы представителей ямной культуры не соответствуют гаплогруппам, обнаруженным у европейцев после 5000 тыс. лет назад и происхождение этой отцовской линии также не установлено. К тому же "степная" родословная в Европе до сих пор была выявлена только в смешанной форме, а детали и механизмы, с помощью которых эта родословная впоследствии распространилась вместе культурой шнуровой керамики (CWC), оставались неясными.
В новой работе учёные под руководством Эске Виллерслева из образцов, датированных радиоуглеродным методом при помощи ускорительной масс-спектрометрии, секвенировали геномы 317 человек, 309 из них датируются периодом от 11 до 3 тысяч лет назад.
А совместно с ранее опубликованными данными получилась выборка из 1600 древних геномов, секвенированных с помощью метода дробовика.
Географически 317 отобранных образцов охватывают обширную территорию Евразии, по долготе от Атлантического океана до озера Байкал, а по широте от Скандинавии до Ближнего Востока, и происходят из контекстов, которые включают курганы, пещеры, болота и дно водоёмов.
Географически образцы можно разделить на три региона:
1. Центральная, Западная и Северная Европа.
2. Восточная Европа, включая западную часть России, Беларусь и Украину.
3. Урал и Западная Сибирь.
Образцы включают представителей многих ключевых культур Западной Евразии мезолита, неолита и последующих периодов, такие как маглемозе, эртебёлле, воронковидных кубков (TRB) и шнуровой керамики или одиночных погребений в Скандинавии; импрессо или кардиумной керамики в Средиземноморье; кёрёш и линейно-ленточной керамики (LBK) в Юго-Восточной и Центральной Европе; и многие археологические культуры Украины, западной части России и Зауралья (как веретьё, льяловская, волосовская, китойская и др.). Выборка была особенно плотной в Дании, где сотня геномов, охватывала период от раннего мезолита до бронзового века. Обширная выборка была также получена из Украины, Западной России и Зауралья, охватывая период от раннего мезолита до неолита, примерно до 5000 лет назад.
Результаты
Полученный набор генетических данных позволил при анализе главных компонент использовать за основу древние геномы, и уже на них спроецировать положение современных популяций, а не наоборот, как это было во многих предыдущих исследованиях.
И хотя результаты согласуются с тем, что древние люди сильнее друг от друга генетически отличались, чем современные, такой подход позволил выявить ещё более значительные генетические различия между древними людьми, которые ранее не наблюдались, что отражает меньший эффективный размер их популяции и большую генетическую изоляцию.
Чтобы получить более точную генетическую характеристику в пространстве и времени, авторы использовали попарную идентификацию сегментов ДНК идентичных по происхождению, чтобы сгруппировать анализируемых людей в связанные кластеры сходного генетического происхождения, а не по культурным или территориальным признакам.
В более крупном масштабе они отражали ранее описанные группы западных и восточных охотников-собирателей, а вот в более мелком масштабе они сгруппировались не только в пределах ограниченных пространственно-временных диапазонов и/или археологических контекстов, но также продемонстрировали ранее неизвестные связи в более широких географических диапазонах.
Полученные кластеры далее использовались для моделирования состава предков последующих популяций.
Популяционная структура охотников и собирателей после максимума последнего оледенения (LGM)
До последнего ледникового максимума, популяции Евразии довольно сильно отличались и в разной степени смешивались с неандертальцами. Некоторые популяции пока остаются гипотетическими, как к примеру, так называемые, «базальные евразийцы» с незначительной или нулевой примесью от неандертальцев, их прямых образцов, подтвержденных генетикой, на данный момент нет, но генетические следы этой популяции были обнаружены у охотников-собирателей Кавказа и Западной Азии верхнего палеолита, а также у более поздних западноевропейских охотников и собирателей.
В данной работе авторы сообщают о генетических данных полученных из зуба женщины верхнего палеолита, жившей около 26-25 тыс. лет назад в окрестностях карстового грота Котиас Клде в современной Грузии, не путать с более молодыми образцами кавказских охотников-собирателей из этого археологического комплекса, у которых было менее 20% этой кавказской родословной верхнего палеолита. А сам геном этой представительницы Кавказа верхнего палеолита представляет собой смесь 76% западноевразийских охотников-собирателей верхнего палеолита (т.е. до максимума последнего оледенения) и 24% «базальных евразийцев». Кстати популяции Ближнего Востока верхнего палеолита, почти наполовину произошли от «базальных евразийцев», которые, практически не имели примеси неандертальцев и отделились от других неафриканских линий ещё до их разделения между собой. При этом западноевропейские охотники-собиратели, жившие после последнего ледникового максимума, моделируются как итоговая, за несколько событий, смесь 46% популяций, связанных с Кавказом верхнего палеолита, 22% европейцев, живших около 33-37 тыс. лет назад, связанных со стоянками Сунгирь и Костёнки и 32% древних популяций, связанных с Сибирью верхнего палеолита, как представитель стоянки Мальта, возрастом 24 тыс. лет, т.е. древних северных евразийцев.
В свою очередь восточноевропейские охотники-собиратели моделируются как смесь 58% популяций, связанных с обитателями стоянки Мальта в Прибайкалье, 28% популяций, связанных с Кавказом верхнего палеолита, как женщина из Котиас Клде (но в разные периоды, сначала 24%, а потом 4%) и 14% представителей Западной Азии верхнего палеолита. Эта смесь также проходила в несколько этапов. Тем самым новые данные подтверждают генетическое разделение охотников и собирателей в Восточной и Западной Европе после максимума последнего оледенения, когда люди снова расселялись по Евразии, при этом эти различия сохранялись на протяжении всего мезолита.
В анализе примесей, эти сложносоставные генофонды представлены отдельными компонентами. А различия между ними, а именно между западноевропейскими и восточноевропейскими охотниками-собирателями мезолита максимально выражены у представителей Италии, возрастом от 15 до 9 тыс. лет и Северо-Запада современной России возрастом от 11 до 8 тыс. лет.
Обратите внимание, что генетический состав одинаков даже у людей с разными гаплогруппами и наоборот, по всему геному люди с одинаковыми линиями гаплогрупп отличаются.
Кстати, в представлении сложных процессов, не стоит забывать о временных промежутках, о которых идёт речь.
Что касается североевропейских охотников и собирателей, то они отличались по пропорциям смеси компонент как у западноевропейских и восточноевропейских охотников-собирателей, за исключением Дании, где популяции продемонстрировали южноевропейское происхождение и были генетически схожи с охотниками-собирателями из Италии, возрастом от 15 до 9 тыс. лет. При чём эта родословная сохранялась в регионе на протяжении 5 тыс. лет.
В целом результаты указывают на то, что существовало по меньшей мере три отчетливые волны миграций охотников и собирателей в Скандинавию:
1. Первая волна связана с миграцией людей южноевропейского происхождения на территорию Дании и прибрежной части Юго-Западной Швеции.
2. Вторая волна в Прибалтику и Юго-восточную Швецию связана с популяциями из Юго-Восточной Европы.
И 3. Третья волна миграций на крайний север Скандинавии, а затем на юг вдоль атлантического побережья Норвегии связана с охотниками и собирателями с северо-запада современной России.
Эти миграции, вероятно, представляют собой послеледниковую экспансию из рефугиумов или районов-убежищ, общих как для людей, так и для многих видов растений и животных.
Стоит отметить, что генофонд европейских охотников-собирателей верхнего палеолита, живших до максимума последнего оледенения был в значительной степени заменён генофондом, происходящим из рефугиума в Южной Италии. На Пиренейском полуострове самые древние образцы из этого исследования, в том числе охотника-собирателя, возрастом около 9500 лет (NEO694) из бухты Санта-Майра на востоке Испании, показали преимущественно южноевропейское происхождение с незначительным вкладом охотников и собирателей верхнего палеолита, который, вероятно, отражает генофонд, связанный с мадленским периодом до максимума последнего оледенения.
А более поздние жители севера Пиренейского полуострова, были ближе к охотникам и собирателям Юго-Восточной Европы, демонстрируя около 40–30% вклада балканских охотников-собирателей.
Поток генов, связанных с охотниками-собирателям Юго-Восточной Европы был направлен и в Восточную Европу после мезолита, на территорию современной Украины и далее. А у двух человек из могильника мариупольского типа раннего энеолита (NEO212, NEO113 ) близ хутора Голубая Криница на юге Воронежской области, возрастом около 7300 лет, генетический профиль состоял уже из смеси более ранних охотников-собирателей с территории Украины с вкладом от 18 до 24% из источника, связанного с охотниками-собирателями Кавказа.
1/2
Поэтому на графике анализа главных компонент они отклонены в сторону Ирана и Кавказа. По расчётам эта примесь произошла примерно 8300 лет назад. Результаты указывают на более ранний генетический контакт между популяциями Кавказа и степи ещё до появления культур кочевников в Причерноморско-Каспийской степи. Помимо этого, этот контакт задокументирован западнее, чем предполагалось ранее.
Основные генетические изменения в Европе
Предыдущие исследования древней геномики задокументировали несколько эпизодов крупномасштабной смены населения в Европе за последние 10 тыс. лет, но 317 новых геномов из данной работы, заполняют важные пробелы в наших знаниях.
Анализ выявил глубокие различия в пространственно-временной динамике неолитизации между восточной и западной частями Европы вдоль пограничной зоны, простирающейся от Черного моря до Балтийского. К западу от этой пограничной зоны, переход к неолиту сопровождался крупномасштабными сдвигами в генетической родословной, от местных охотников-собирателей к земледельцам анатолийского происхождения (Boncuklu_10000BP). Этот переход в зависимости от региона охватывал обширный период времени, более 3 тыс. лет, от самых ранних свидетельств на Балканах около 8700 лет назад до 5900 лет назад в Дании.
В последующие периоды смешение между ранними европейскими земледельцами и местными охотниками-собирателями привело к частичному увеличению родословной охотников и собирателей во многих регионах Европы, но этот вклад редко превышал 10%, помимо заметных исключений, наблюдаемых у людей из района Железных ворот на границе современных Сербии и Румынии, а также у носителей культур ямочной керамики из Швеции и кардиумной керамики раннего неолита из Португалии, которые, по оценкам, содержат от 27 до 43% вклада от охотников и собирателей, как представители Пиренейского полуострова, возрастом от 9 до 7 тыс. лет (Iberia_9000BP_7000BP).
Обитатели эпохи неолита с территории современной Дании продемонстрировали до 25% генофонда охотников-собирателей (EuropeW_13500BP_8000BP), но преимущественно не местных.
Также обнаружены региональные различия в происхождении последующих неолитических групп. Так последующие неолитические популяции Западной Европы происходят от ранних земледельцев Южной Европы. А в последующие неолитические группы Восточной Европы и Скандинавии внесли свой вклад преимущественно ранние земледельцы Центральной Европы.
А вот с восточной стороны упомянутой пограничной зоны, на территории Прибалтики, Украины и западной части России, не наблюдается существенных генетических изменений, а предковые линии местных охотников и собирателей, без заметного вклада от анатолийских земледельцев,сохраняются примерно до 5 тыс. лет назад. Эта генетическая преемственность согласуется с археологическими данными, которые свидетельствуют о сохранении в этом обширном регионе групп охотников, рыболовов и собирателей, которые использовали керамику, но не практиковали земледелие и животноводство ещё на несколько тысяч лет.
Но несмотря на то, что влияние степной родословной на популяции Евразии хорошо известно, вопросы о её происхождении оставались не решенными. В данной работе авторы показывают, что состав степной родословной (Steppe_5000BP_4300BP) может быть смоделирован как смесь примерно 65% компонент, связанных с охотниками-собирателями, использующими керамику, из района Среднего Дона, как люди из могильника мариупольского типа Голубая Криница раннего энеолита на юге Воронежской области, возрастом около 7300 лет (MiddleDon_7500BP) и 35% компонент, связанных с охотниками и собирателями Кавказа, возрастом от 13 до 10 тыс. лет (Caucasus_13000BP_10000BP).
Таким образом, охотники-собиратели Среднего Дона, которые уже имели родословную, связанную с кавказскими охотниками-собирателями, являются неизвестным до сих пор ближайшим так называемым северным источником большей части родословной у людей, связанных с ямной культурой. При этом генетический состав людей из могильника Голубая Криница, отличается от такового у других древних людей из могильников мариупольского типа Приднепровья. Однако распространение степной родословной в Европе связно с культурой шнуровой керамики, носители которой представляют собой смесь предковых линий, связанных со степью и неолитическими земледельцами, происхождение которых может быть связано исключительно с культурой шаровидных амфор.
Это наблюдение имеет большое значение для понимания возникновения культуры шнуровой керамики. Хотя уже давно высказывались предположения о стилистической связи между керамикой культур шаровидных амфор и шнуровой керамики, включая использование сосудов в форме амфор и узоры, выполненные шнуром. При этом незадолго до появления самых ранних групп культуры шнуровой керамики восточные группы культуры шаровидных амфор и западные группы ямной культуры обменялись культурными элементами в лесостепной переходной зоне к северо-западу от Черного моря, где керамические амфоры и кремневые топоры культуры шаровидных амфор были включены в погребения ямной, а типичное для ямной использование охры встречалось в погребениях культуры шаровидных амфор, что указывает на тесное взаимодействие между этими группами. Предыдущие генетические анализы нескольких людей из зоны контакта предполагали, что эти контакты были ограничены культурным влиянием, а не примесью. Однако, в свете новых генетических данных, похоже, что эта зона — и, возможно, другие подобные зоны контакта между культурой шаровидных амфор и группами из степи (как из ямной культуры) — были ключевыми в формировании культуры шнуровой керамики, благодаря которой генетические компоненты, связанные со степью, и культурой шаровидных амфор, распространились далеко на запад и север, что привело к регионально разнообразным ситуациям взаимодействия и смешения.
При этом распространение культуры шнуровой керамики происходило преимущественно благодаря связям, которые были выстроены культурой шаровидных амфор в предшествующий период. Но несмотря на сходство по аутосомным данным, различные линии гаплогрупп Y-хромосомы у представителей культур шнуровой керамики и ямной предполагают, что известные на данный момент образцы представителей ямной культуры не подходят в качестве непосредственного источника степной родословной у носителей культуры шнуровой керамики.
Это предположение было подтверждено моделированием предковых компонент у европейцев со степным происхождением возрастом от 3 тыс. лет назад с участием представителей родственных ямной и афанасьевской культур, потому как модели показывают, что представители афанасьевской культуры, хоть и незначительно, но оказались более лучшим источником степной родословной у европейцев, несмотря на разное географическое распространение.
Стабильность популяций охотников-собирателей к востоку от Урала
В отличие от значительного числа геномов древних охотников-собирателей из Западной Евразии, которые были изучены до настоящего времени, геномные данные охотников-собирателей к востоку от Урала были скудны. Эти регионы характеризуются ранним появлением керамики из районов, расположенных дальше к востоку, они были населены сложными обществами охотников-собирателей с постоянными, а иногда и укрепленными поселениями. В данной работе сообщается о 38 новых образцах, 28 из которых от охотников-собирателей, использующих керамику 8300-5000 лет назад. Большинство этих геномов попадает на неолитическую степную клину, которая охватывает сибирские лесостепные зоны бассейнов рек Иртыш, Ишим, Обь, Енисей, а также озера Байкал.
Эти охотники и собиратели могут быть смоделированы как смесь компонент из трёх генетических кластеров:
1. Компонента западносибирских охотников-собирателей возрастом от 8300 до 7000 лет (SteppeC_8300BP_7000BP), доминировала в западной части лесостепной зоны.
2. Компонента охотников-собирателей Северо-Восточной Азии возрастом около 7500 лет (Amur_7500BP) или древних северо-восточных азиатов из пещеры Чёртовы ворота в Приморье, была максимально выражена у популяций Байкала.
И 3. Компонента представлена палеосибирской родословной возрастом 9800 лет (Siberian_9800BP) как у обитателя Дуванного Яра в низовьях реки Колымы, она снижались по мере удаления от озера Байкал на запад.
1/5
Авторы использовали кластеры также и для исследования пространственно-временной динамики генетического состава в степи и районе озера Байкал после неолита. Результаты подтверждают увеличение компоненты охотников-собирателей лесостепи возрастом от 7000 до 3600 лет (SteppeCE_7000BP_3600BP) у жителей Байкала позднего неолит-ранней бронзы (кластеры Baikal_5600BP_5400BP и Baikal_4800BP_4200BP). Однако родословная, относящаяся к этому кластеру, уже наблюдалась у вновь описанных неолитических охотников-собирателей как у озера Байкал (NEO199 и NEO200), так и вдоль Ангары на севере (NEO843) около 7000 лет назад. У двух мужчин Байкала была определена гаплогруппа Y-хромосомы Q1b1, характерная для последующих групп позднего неолита-ранней бронзы из того же региона. Что совместно с расчётной датой примеси около 7300 лет назад, позволяет предположить, что поток генов между охотниками-собирателями Байкала и лесостепей Южной Сибири уже был во времена раннего неолита, что согласуется и с археологическими данными.
Новые образцы также проливают свет на генетическое происхождение носителей окуневской культуры раннего бронзового века в Минусинской котловине на юге Сибири. Её представителей можно смоделировать как смесь сибирских охотников-собирателей лесостепной зоны из кластеров возрастом 6700-4600 и 7000-3600 лет (Steppe_6700BP_4600BP и SteppeCE_7000BP_3600BP) со степными скотоводами возрастом от 5000 до 4300 лет (Steppe_5000BP_4300BP), связанными исключительно с афанасьевской культурой, время этой примеси датировано около 4600 лет назад.
1/2
А примерно 3700 лет назад жители в степном регионе и у озера Байкал демонстрируют уже заметно отличающиеся генетические профили. Ранние стадии этого перехода характеризуются притоком предков, связанных со степью, количество которых снижается со временем, от 70% на начальном этапе.
Аналогично динамике в Западной Евразии, происхождение, связанное со степью, здесь соотносится с таковым как у представителей культуры шаровидных амфор с территории современной Польши, возрастом 5000-4700 лет, подтверждая ранее задокументированный поток генов от групп из культуры шаровидных амфор в соседние группы степи и лесостепи, а также поток этой уже смешанной с европейскими земледельцами родословной дальше на восток уже с синташтинской и андроновской культурами в бронзовом веке. Однако у людей из окуневской культуры отсутствует вклад от людей культуры шаровидных амфор, а люди со степным происхождением начиная от 3700 лет назад демонстрируют чуть большую близость к ямной, чем к афанасьевской культуре, что указывает на две волны миграций западных степных скотоводов на восток. Первая волна в раннем бронзовом веке была связана с ямной культурой, а вторая, позже, была связана с синташтинской и андроновской культурами. Более поздние этапы переходного периода характеризуются увеличением родословной, связанной с иранскими земледельцами Центральной Азией (Turkmenistan_7000BP_5000BP) и древними северо-восточными азиатами Приморья (Amur_7500BP).
Суммарно, эти результаты показывают, что на востоке Евразийской степи родословная охотников и собирателей со сложной генетической структурой сохранялась и преобладала значительно дольше, чем в западной Евразии. Пока менее чем 4 тыс. лет назад по степи не прокатились волны миграций, которые привнесли в регион одомашненные породы лошадей с последующим появлением нового снаряжения для верховой езды и колесницы со спицами. Также эти миграции способствовали распространению проса в качестве сельскохозяйственной культуры.
Источник: Allentoft, M.E., Sikora, M., Refoyo-Martínez, A. et al. Population genomics of post-glacial western Eurasia. Nature 625, 301–311 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06865-0
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
Уверен, вы хотя бы раз натыкались на совет как похудеть: «в Освенциме толстых не было – меньше ешь и больше двигайся».
Пробовали, работает?
Если да – примите мои поздравления. Если нет – пост для вас.
Чем обусловлены генетические различия
Абзац для тех, кто хочет освежить знания о генетике. Если хорошо помните, что такое гены, аллели и фенотип, можете переходить к следующему (в этом много терминов).
Программы развития и работы организма находятся в ДНК – длинной молекуле, которая состоит из повторяющихся блоков – нуклеотидов.
Ген – это последовательность нуклеотидов в определенном участке ДНК, которая содержит информацию о строении одной молекулы белка или РНК.
Каждый из нас имеет собственный генотип или набор генов. Считывая с них информацию организм строит новые молекулы.
Нуклеотиды имеют свой код, всего их четыре: A, G, C, T.
Последовательность ДНК можно представить в виде буквенного кода:
AAGCCTA…
AAGCTTA…
Заметили, что они отличаются на одну букву?
Когда две последовательности отличаются, говорят о существовании двух аллелей. В нашем примере C и T.
Аллели — различные формы одного и того же гена, определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака.
Цепочка ДНК и нуклеотиды
Существование разных форм генов называется полиморфизмом. А когда различие всего в одном нуклеотиде – однонуклеотидным полиморфизмом.
Например, ген CYP1A2 кодирует фермент, который отвечает за скорость метаболизма кофеина:
Носители генотипа AA CYP1A2 – быстро его метаболизируют и могут литрами пить кофе.
Носители генотипа AС/СС CYP1A2 – медленно и чувствуют приход уже с первой чашки.
Набор генов не изменяется на протяжении жизни.
Кроме генотипа у вас есть фенотип — это внешние проявления генов, которые формируются под влиянием условий среды.
Фенотип изменится может – однояйцевые близнецы с одинаковыми генами вырастают в двух разных людей.
Возвращаемся к похудению – есть ли влияние генетики?
В зависимости от генотипа люди могут по-разному отреагировать на одну и ту же программу тренировок или диету. Одни сбрасывают больше веса, другие меньше.
211 женщин придерживались диеты с ограничением калорий на протяжении 24 недель. Результат: носители аллеля T имели значительно сниженную жировую массу тела по сравнению с носителями генотипа CC.
2. Ген ADRB3, полиморфизм rs4994 A/G
24 женщины придерживались диеты с ограничением калорий на протяжении 13 месяцев. Результат: у носителей аллеля А масса висцерального жира была достоверно снижена на 43% по сравнению с носителями генотипа GG.
3. Ген ACSL1, полиморфизм rs116143768 C/T
126 женщин в течении 12 недель выполняли аэробные тренировки. Результат: носители аллеля Т по сравнению с носителями генотипа СС имели значительно меньшую относительную жировую массу.
В сумме нашлось 54 генетических фактора, а конкретнее, 54 однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с эффективностью сжигания жира в ответ на диету или тренировки.
Расточительные в ответ на голодание "замедляются" на 98 калорий, а бережливые – на 245. Разница в 2.5 раза
В ответ на снижение калорий, у бережливых сильнее падает скорость метаболизма. Возникает компенсация энергобаланса, и вес уходит медленнее.
А расточительные почти не замедляются, и худеют без проблем.
Да, в экстремальных условиях эта разница не будет заметна – физиология победит. Но мы не в концлагере – мы ведем спокойную жизнь, к которой не применима логика военного времени.
Вспомните девушку на скриншоте из начала поста, которая шутит о том, что имеет гены средневекового крестьянина. Она буквально своими словами описывает феномен "бережливого" фенотипа.
Если считаете, что вы – «бережливый» и хотите похудеть.
Возможно, не стоит сильно ограничивать калораж. На большой минус по энергии ваш организм отреагирует ленью, желанием поспать (и еще сильнее замедлиться – см. картинку выше), понизит активность физиологических функций.
Уверен, у кого-то снизится либидо 😐
Да, без дефицита энергии ничего не получится, но его можно организовать разными методами, и в разных величинах.
Меньше ограничений в еде, больше активности. Особенность "бережливых" – повышенный расход энергии в нормальных условиях.
Вы больше тратите, когда находитесь ближе к энергобалансу.
Если совсем не любите тренировки, подойдет увеличение шагов, велосипед, ролики, плавание – для всех найдется занятие по душе.
В любом случае, помните – стандартный дефицит калорий тоже сработает, но лично вам придется дольше ждать результатов. Учитывайте это в своих планах.
Распространено мнение, что в геноме каждого современного человека присутствует до 4% генов, унаследованных от неандертальцев. Мы решили проверить, подтверждается ли такая точка зрения научными данными.
Спойлер для ЛЛ:неправда
О том, что 4% генов современные люди получили от неандертальцев, специалисты по биоинформатике рассказывают в интервью, а авторы научно-популярных статей уверяют, что именно эти гены сделали часть сапиенсов светлокожими. Используется эта информация и в рекламе генетических тестов. Многие уверяют, что неандертальские гены влияют на внешность человека и его предрасположенность к болезням, а некоторые изучают, у кого этих генов больше — у азиатов или европейцев.
Геном современного человека на 99% совпадает с шимпанзе, а на 60% — с бананом, поэтому было бы странно, если с таким близким родственником, как неандертальцы, Homo sapiens имел всего 4% общих генов. В таком случае получалось бы, что человек больше похож на банан, чем на неандертальца. Однако простые наблюдения показывают, что это не так.
ДНК — это макромолекула, обеспечивающая реализацию, передачу из поколения в поколение и хранение генома организма. ДНК можно сравнить с кулинарной книгой — в ней закодирована информация, какие «ингредиенты» взять, в какой последовательности расположить и что получится в итоге. Все живые существа на планете — это белковые организмы, и состоят они из примерно одного и того же набора белков, которые при этом могут располагаться в разной последовательности и выполнять разные функции. Всё живое на планете имеет общего предка, который жил более 3,8 млрд лет назад и представлял собой примитивный одноклеточный организм. Учёные называют его последним универсальным общим предком (last universal common ancestor, LUCA). Поскольку растения, животные и другие организмы получили основу своей ДНК именно от него, неудивительно, что все белковые существа в какой-то мере схожи.
И если последний универсальный общий предок жил почти 4 млрд лет назад, то неандертальцы (Homo neanderthalensis) исчезли лишь 30 000 лет назад. От современного человека их отличало почти полное отсутствие подбородочного выступа, массивные надбровные дуги, которые образовывали надглазничный валик, более крупная черепная коробка, невысокий рост и более массивное телосложение. Неандертальцы применяли простые орудия труда, пользовались огнём, ели преимущественно мясную пищу и, вероятно, даже имели свой язык.
У учёных нет единого мнения о том, как исчезли неандертальцы. Одни утверждают, что они вымерли, другие же считают, что ассимилировались, то есть буквально растворились в другой популяции — Homo sapiens. Неандерталец точно не прямой предок современного человека, скорее всего, они в каком-то смысле «братья» — их общим прародителем мог быть или Homo antecessor (человек-предшественник), или Homo heidelbergensis (гейдельбергский человек, который получил своё название от грота Гейдельберг в Германии, где в 1907 году была обнаружена челюсть представителя такого вида). Археологические находки свидетельствуют, что неандертальцы могли делить зону обитания и с Homo sapiens, и с другими подвидами людей — денисовцами и кроманьонцами. Обнаружены также останки гибридов — например, женщины, которая умерла около 90 000 лет назад и была дочерью неандерталки и денисовца. Существуют также останки гибридов неандертальцев и Homo sapiens.
Homo heidelbergensis. Реконструкция выполнена Олегом Осиповым в соавторстве со Светланой Шнейтор для портала «Антропогенез.ру»
Исследование, которое легло в основу убеждения об 4% неандертальских генов у современного человека, провела группа из нескольких десятков учёных, которые опубликовали результаты своей работы в 2010 году. Важную роль в этом исследовании сыграл шведский биолог, один из основателей палеогенетики Сванте Пэбу. Именно он обосновал, почему денисовцы — новый подвид людей, а не представители уже известных, а также первым полностью расшифровал геном неандертальца. За исследования в области эволюции человека в 2022 году Пэбу получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Ключевое для этого исследования понятие — снип (SNP), он же однонуклеотидный полиморфизм. ДНК состоит из примерно 3 млрд пар нуклеотидов, расположенных в определённом порядке. В свою очередь, снип — это участок ДНК, на котором у двух организмов последовательность нуклеотидов различается. Например, у человека в гене Х в позиции Y стоят нуклеиновые основания аденин (A) и тимин (T), а могут быть комбинации с гуанином (G) и цитозином (C). Соответственно, всего в этой позиции возможны три варианта, или снипа: А-Т, А-G, A-C.
В теории у человека количество снипов равно 36 млрд (на каждой позиции может стоять одна из 12 пар нуклеиновых оснований), однако количество описанных пока ниже. Например, международный проект «Тысяча геномов», каталогизирующий генетические вариации человека, описал 84,7 млн снипов. А Национальная медицинская библиотека правительства США оценивает число снипов в человеческой популяции в более чем 600 млн. Так как в среднем такие замены происходят примерно в одном из 1000 нуклеотидов, можно предполагать, что в геноме каждого случайно выбранного человека от 4 до 5 млн снипов.
Эти однонуклеотидные полиморфизмы определяют не только внешние различия между людьми, но и влияют на другие генетические параметры — например, наследственные заболевания или, наоборот, генетическую устойчивость к некоторым патологиям.
Учёные взяли для сравнения снипов три неандертальские ДНК: от двух особей из пещеры Виндья в Хорватии и от одной — из Мезмайской пещеры в Краснодарском крае РФ, а также пять современных человеческих — бушмена из Южной Африки, йоруба из Западной Африки, папуаса из Папуа — Новой Гвинеи, ханьца из Китая и француза. Выбор именно таких человеческих ДНК был неслучаен: неандертальцы населяли Европу, некоторые районы Азии (останки были обнаружены на Алтае и в Узбекистане) и Ближнего Востока. Из Азии в дальнейшем уже Homo sapiens мигрировал в Америку и Океанию, неся с собой те самые неандертальские мутации. Население Субсахарской Африки не пересекалось с неандертальцами и могло получить их гены только через скрещивание с потомками неандертальцев и людей из других регионов.
На схеме видно, как происходила эволюция: неизвестный общий предок разделяется на современного человека и неандертальца, позже часть людей мигрируют из Африки в Европу и скрещиваются там с неандертальцами, а также заселяют Азию, Америку и Океанию. Источник
Для анализа снипов учёным понадобился и дополнительный образец. Поскольку последний общий предок человека и неандертальца неизвестен, в этом качестве использовали шимпанзе, с которым геномы современного человека и неандертальца схожи на 99%.
В результате сравнения ДНК учёные вычислили снипы, которые у одних образцов совпадали с шимпанзе, то есть были предковыми и не менялись с тех пор, а у других отличались, то есть были производными и возникли где-то на линии эволюции после того, как оба вида отделились от шимпанзе. Наличие одинакового производного снипа и у неандертальца, и современного человека свидетельствовало о том, что эту мутацию приобрёл кто-то из них и передал в результате скрещивания другому. Вероятность того, что мутация, то есть замена нуклеотида на одной из 3 млрд позиций в ДНК, произошла одновременно и независимо и у неандертальца, и у Homo sapiens, настолько невелика, что исследователи ею пренебрегли. Так как неандертальцы жили и скрещивались с теми представителями Homo sapiens, которые жили в Европе, а затем расселились по Азии, Америке и Океании, но не контактировали с африканцами, то учёные ввели дополнительное разделение всех людских ДНК на африканские и неафриканские. Получилось идентифицировать все производные снипы в геномах неандертальцев и Homo sapiens — их оказалось чуть больше 200 000, то есть 0,007% от всего генома. Из них 95 000 были производными у неандертальцев и африканцев, но предковыми у неафриканцев, а 105 000 — производными у неандертальцев и неафриканцев, но предковыми у африканцев. То есть 105 мутаций человек и неандерталец приобрели в ходе скрещивания друг с другом, а ещё 95 000 возникли где-то на линии эволюции после отделения от шимпанзе, но до разделения на Homo sapiens и Homo neanderthalensis, поскольку напрямую африканцы и неандертальцы, судя по имеющимся археологическим данным, не контактировали и скрещиваться не могли. Разница между этими группами составляет 10 000, или как раз 4% от 200 000 проанализированных снипов. Если же вспомнить, что эти 200 000 снипов — лишь 0,007% от всего генома, то станет понятно, что речь идёт не о 4% неандертальских генах, а о 0,0001% генома — участках, которые одинаково отличаются от шимпанзе и у сапиенсов, и у неандертальцев. На 99,7% ДНК современных людей и неандертальцев совпадает, так как была унаследована от общего, но пока неизвестного науке предка.
Сейчас Пэбу, один из ключевых авторов этого исследования, изучает, как эти мутации, отличающих людей от неандертальцев, влияют на функционирование человеческого организма. Ранее в работе 2014 года «Состояние человека — молекулярный подход», палеогенетик пришёл к выводу, что бо́льшая часть таких снипов связана с развитием мозга.
Таким образом, утверждение, что современный человек имеет до 4% генов неандертальца, возникло из неправильного прочтения научной статьи. Homo sapiens куда ближе к этому исчезнувшему виду, ДНК которого совпадает с человеческой примерно на 99,7%. В ошибочно интерпретированном исследовании речь шла исключительно о тех мутациях, которые произошли после того, как пока неизвестный науке общий предок неандертальца и человека эволюционно отделился от шимпанзе. Их как раз 4% от проанализированных мутаций, или 0,0001% от всего генома.
Изображение на обложке: athree23, CC0, via Wikimedia Commons
...а точнее, о тестах ДНК Людвига ван Бетховена (1770—1827) — композитора-классика, чью музыку по сей день исполняют или используют чаще, чем любую другую.
Во-первых, известно, что в последние семь лет жизни у него случились минимум два тяжёлых приступа желтухи, связанных с болезнью печени. Считается, что Бетховен умер от цирроза, — и это неудивительно для человека, который каждый день за обедом выпивал больше литра вина...
...а профессор Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге Йоханнес Краузе, соавтор генетического исследования Бетховена, утверждает, что причиной смерти всего в 56 лет стали не только внушительные дозы алкоголя, но и гепатит Б, и генетические факторы риска.
Вообще говоря — и это во-вторых, хотя на самом деле во-первых, — генетики пытались выяснить причину глухоты Бетховена. Известно ведь, что композитор начал терять слух ещё в молодости — после двадцати лет, а функционально глухим стал в 1818 году.
Учёные работали с пятью образцами волос Бетховена и получили неожиданные результаты. Оказалось, у великого композитора была низкая генетическая предрасположенность к синхронизации ритмов, хотя именно этот показатель тесно связывают с музыкальностью. По сообщению участницы исследования, аспирантки программы генетики человека Вандербильтского университета Тары Хенехович, один из самых знаменитых музыкантов в истории имел "ничем не примечательную полигенную оценку общей музыкальности" по сравнению с выборками образцов, что называется, из публики: 91% обывателей имели более высокую предрасположенность к музыкальности, чем у Бетховена.
Учёные вольны делать из этого какие угодно выводы, а на бытовом уровне не стоит слишком верить в генетические прогнозы, как минимум, насчёт музыкальной одарённости.
К слову, первую композицию — девять фортепианных вариаций — Бетховен сочинил в двенадцатилетнем возрасте, а в двадцать восемь уже нажил серьёзные проблемы со слухом: шум в ушах и потерю слуха в области высоких частот. Это привело к полной глухоте после сорока восьми. Удивительным образом специфическая инвалидность не помешала ему ни дирижировать оркестрами, ориентируясь на вибрации инструментов, ни написать Девятую симфонию и другие потрясающие произведения, которые он чувствовал внутренним слухом и никогда не слышал вживую.
Генетики работают с волосами Бетховена давно. В их распоряжении в общей сложности 18 футов, или больше 5.5 м волос великого композитора, хотя часть биологического материала со временем была забракована из-за принадлежности женщине, к тому же ашкеназского происхождения.
Версию о том, что глухота — результат отравления свинцом, которым в XIX веке подслащивали вино, исследования не подтвердили. Генетики не обнаружили генетических сигнатур для "жалких болей в животе и приступов диареи", мучивших Бетховена с двадцати лет.
В то же время исследователям удалось подтвердить заметки врача о том, что с 1806 по 1816 год Бетховен болел сифилисом. Современники сообщали, что музыкант часто проводил время с проститутками; кроме венерической болезни, он мог подцепить у них и гепатит Б. Генетическая предрасположенность к заболеваниям печени заодно с ежедневным литром алкоголя усилили эффект гепатита и способствовали ранней кончине композитора. Говорят, на смертном одре Бетховен узнал, что ему прислали в подарок рейнского вина, и произнёс последние слова: "Очень плохо... Слишком поздно".
Есть такое сентиментальное клише: рождение ребёнка — это чудо. Но вы даже не представляете, насколько это на самом деле верно с точки зрения биологии. Посудите сами: из двух взрослых организмов природа создаёт один — или несколько — молодых. Представьте себе: женщине 37, мужчине 45, они встречаются и заводят клеточку, у которой отброшены все признаки старения. Потом эта клеточка делится-делится-делится — и получается новый организм, состоящий из триллиона клеток. Затем этот организм находит партнёра и — если он или она не чайлдфри, конечно — заводит своё потомство. Каждый из нас — это продукт непрерывной цепочки делящихся клеток. И все мы восходим к нашим одноклеточным предкам, которые обитали на Земле более миллиарда лет назад.
Омоложение возможно в процессе размножения. И тут кто-то скажет: ха, всё дело в сексе! Взрослые занялись любовью — взяли свои одноклеточные яйцеклетку и сперматозоид — и случилась магия. Я вас расстрою: секс тут ни при чём. Некоторые организмы воспроизводят себя бесконечным копированием — причём они делают это на протяжении десятков тысяч лет. Например, в Тасмании растёт симпатичный блестящий кустик — королевский остролист (Lomatia tasmanica). В высоту он может достигать 8 м, но интересен кустик не этим. Дело в том, что остролист абсолютно бесплоден — у него нет ни семян, ни плодов. Размножается он черенками — и всё его потомство абсолютно генетически идентично оригиналу. Вообще популяция остролиста — лишь около нескольких сот особей. Но при этом предок всех остролистов «жил» 43 тыс. лет назад. 43 тыс. лет остролист занимается клонированием!
Как размножаются звёзды
А ещё в американском штате Мичиган растёт гриб Armillaria gallica, он же опёнок толстоногий. Учёные выяснили, что все опята толстоногие — это единый организм с одной грибницей. Armillaria gallica около 2500 лет, её масса составляет около 400 т, а ещё своим мицелием гриб покрывает 70 гектаров площади под лесом. А в штате Орегон растёт другой гриб, Armillaria ostoyae, опёнок тёмный. В 1998 году исследователи определили, что грибница этого опёнка — не отдельные скопления, растущие по всему лесу, а гигантский целостный живой организм. Возраст Armillaria ostoyae — около 8500 лет, а занимает он площадь более 880 гектаров. Учёные даже прозвали его «чудовищным грибом».
Клонировать себя могут не только грибы и растения, но и, например, морские звёзды. Этим иглокожим можно отрезать одну ножку — и из ножки возникнет новое существо. Морские звёзды размножаются как вегетативно — то есть от них отваливается кусочек, из которого вырастает клон взрослой особи — так и половым путём. Да, звёзды тоже занимаются сексом — и на свет появляется генетически отличное потомство, что ускоряет эволюцию.
К чему я клоню? К тому, что в природе омоложение случается не только благодаря сексу. Некоторые земные организмы могут жить ужасно долго, просто воспроизводя свои молодые копии. Люди, которые философствуют, мол, всё умирает, всё тленно, «против роста энтропии не попрёшь», на самом деле ошибаются.
Как спастись на «Титанике»
Представьте, что мы — «Титаник», который несётся в сторону айсберга, то есть смерти. На «Титанике» находится множество пассажиров — это наши клетки. Есть клетки привилегированные — это пассажиры первого класса, у которых под рукой шлюпки. Об этих клетках всю жизнь заботились — чтобы они хорошо питались и не болели. Какие это клетки? Конечно же половые, ведь эволюция «заботится» прежде всего о передаче наших генов, в следующие поколения, а без половых клеток это невозможно. А вот 99% остальных клеток шлюпками не обеспечены. Обидно, что им суждено погибнуть, учитывая, что это и есть мы!
Но что если те блага, которые предназначены эволюцией для привилегированного класса клеток, могли бы достаться всему организму? Что, если мы раскроем и позаимствуем механизмы, омолаживающие половые клетки и эмбрионы, и устроим в организме равенство и своеобразный «коммунизм»?
Алексей Оловников и Ахиллесова пята копирования ДНК
Какие преграды могут встретиться на пути к бесконечному самоомоложению? В 1951 году биологи Леонард Хейфлик и Пол Мурхед показали, что существует предел количеству делений у взрослого организма. Учёные помещали клетки в пробирку — и там они делились 40-60 раз, а дальше старели и уже не делились. Так в науку вошёл термин «предел Хейфлика», который означает границу делений соматических клеток, то есть клеток тела.
Есть мнение, что этот предел — один из механизмов старения. Причём обратите внимание, что клеток, используемых в размножении, он очевидно не касается. Возникает вопрос: а 40-60 делений — это много или мало? Если мы возьмём одну клетку и последовательно поделим её 50 раз (то есть возведём 2 в 50 степень), получится 1 126 триллионов клеток. Столько клеток содержится примерно в тридцати людях — ведь всего у человека в теле порядка 37 триллионов клеток. Из одной клетки можно было бы «сделать» 30 людей — но у человека-то клетки постоянно обновляются, причём обновляются достаточно быстро. Каждый день у человека заменяется 0,25% клеток, то есть четверть процента. Получается, что одна клетка способна обеспечить 30 лет жизни. Если добавить одно деление (получится 51) — это уже 60 лет жизни. Все мы начинаемся с одной-единственной клетки. И если бы эта клетка могла поделиться всего 40 раз, то у нас просто бы не хватило клеток, чтобы получить хотя бы одного человека — мы бы даже не выросли. Поэтому от того, сколько раз могут поделиться наши клетки, зависит наше с вами будущее.
Ещё в 1971 году отечественный учёный Алексей Оловников обратил внимание на ахиллесову пяту копирования ДНК. Как происходит это копирование? Двойная спираль расплетается на две одиночных ниточки — одна половина делает одну копию, а другая вторую. Но этот процесс не может начаться с нуля. Нужен праймер — затравка, которая показывает, откуда начинать копирование. Она делается из РНК, которая потом удаляется. В середине хромосом дырки после удаления РНК заменяются на ДНК, а на концах хромосом этого не происходит. И поэтому каждый раз, когда ДНК копируется, она укорачивается на длину маленького «выпавшего» куска.
С такой проблемой не сталкиваются, например, бактерии. У них молекула ДНК — кольцевая, поэтому копирование можно начать с любого места. А вот у человеческих линейных хромосом есть начало и конец. И получается, что с возрастом при делении клеток эти концы медленно укорачиваются. По мнению Алексея Оловникова, наши с вами концевые участки хромосом что-то в природе должно восстанавливать. Учёный считал, что есть способ избавиться от предела делений — и это должно помочь в борьбе со старением.
Почему теломераза — это важно
Через 11 лет учёные Элизабет Блэкбёрн, Джек Шостак и Кэрол Грейдер подтвердили догадки Алексея Оловникова и открыли механизмы защиты хромосом теломерами и фермент теломеразу. Теломераза умеет достраивать кончики хромосом. Сначала исследователи обнаружили этот фермент у одного вида инфузорий, а затем — у человека. Оказалось, что теломераза — это не никому не доступный священный Грааль. Она есть во всех наших клетках, однако в некоторых клетках этот фермент «спит». В полную силу теломераза работает в стволовых, зародышевых, половых, эмбриональных и некоторых других клетках. И в них кончики хромосом не укорачиваются.
Сегодня в науке общепринято, что теломераза — это важный и полезный работающий фермент. Хотя раньше были скептики, которые, например, не верили в возможность клонирования. Они считали, что клонирование невозможно, потому что во взрослых организмах клетки уже старые, часть предела Хейфлика в них отыграна, молодую копию создать просто не получится. Однако выяснилось, что при клонировании в молодом эмбрионе активируется теломераза, кончики хромосом достариваются до нормального размера — и на свет появляется юная овечка Долли. Кстати, выяснилось, что теломераза очень хорошо работает у уже упомянутых морских звёзд, когда им нужно заново вырастить свои конечности.
Существуют и обратные ситуации, когда из-за генетической мутации кончики хромосом не могут достроиться — и теломеры очень быстро укорачиваются, что приводит к серьёзным генетическим заболеваниям. Пример такого заболевания — врождённый дискератоз. Пациенты с этим недугом страдают от пятен на коже, у них быстро седеют волосы, часто отсутствуют ногти... Но главные повреждения происходят не на поверхности организма, а внутри. В частности, из-за нарушений работы костного мозга появляется иммунодефицит, в 70 раз увеличивается риск некоторых онкологических заболеваний, в 500 раз повышается риск ряда сердечно-сосудистых заболеваний. Человек «ускоренно» стареет и живёт гораздо меньше, чем другие люди.
В общем, как и предполагал Алексей Оловников, теломеры, теломераза и старение — вещи связанные. Более того, оказалось, что, чем быстрее укорачиваются теломеры у разных видов животных, тем ниже их продолжительность жизни. И тогда же возникла идея борьбы со старением путём активации теломеразы и наращивания теломер. Правда, проблема заключалась в том, что теломераза также активна в раковых клетках, которые должны очень активно делиться. Учёные опасались, что наращивание теломер приведёт к повышенному риску рака. Поэтому исследователи вывели специальных мышей, у которых изначально были продублированы три противораковых гена. А ещё грызунам добавляли дополнительный ген теломеразы. Идея была такая: противораковые механизмы подавят онкологические заболевания — и теломераза будет не так вредна. В ходе исследования учёным удалось продлить жизнь мышам на 9-20% по сравнению с продолжительностью жизни грызунов, которым просто дублировали антираковые гены. А если сравнить совокупный эффект и активации теломеразы, и удвоения противораковых генов, то мы увидим, что продолжительность жизни грызунов увеличится аж на 40%.
Другая команда учёных просто наращивала мышам теломеры. Оказалось, что потомки грызунов с длинными теломерами живут дольше своих «обычных» сородичей — примерно на 10%. А ещё, вопреки теоретическим представлениям, такие мыши болеют раком не чаще, а реже.
Вакцина «Спутник» и факторы Яманаки
К сожалению, людям такой «мышиный» способ борьбы со старением не подходит. Ведь мыши в экспериментах уже рождались с усиленной теломеразой. А с чем родились, с тем и живём. Зато человеку может помочь генная терапия. Для тех же мышей её уже провели. Дело обстояло так: учёные положили внутрь оболочки вируса фрагмент ДНК с геном теломеразы, ввели его взрослым мышам. Это привело к продлению жизни примерно на 10-20%. И, что важно, случаи рака среди ГМ-грызунов не участились.
В 2022 году исследователи сделали похожую терапию, но на этот раз использовали «заразный» вирусный вектор, который умеет себя воспроизводить. Тоже с геном теломеразы. С этим вирусом мышам продлили жизнь больше, чем на 40%. В общем, у нас две хороших новости. Первая: изучая чудо омоложения, учёные обнаружили, что есть фактор старения, который можно «откатывать» назад. Вторая: это можно сделать очень дёшево. Недавно мы столкнулись с пандемией коронавируса, вакцины против которого стали доступны легко и быстро. При этом многие вакцины от ковида представляли собой сложные биотехнологические продукты: в вирусную оболочку препарата «засунули» ген коронавируса. Тут история похожая: ген теломеразы нужно «засунуть» в вирусную оболочку. Я думаю, такой укол может стоить столько же, сколько прививка «Спутник».
Второй секрет бессмертия: откат до «заводских настроек» генома
Но есть и плохие новости. Недостаточно удлинить теломеры, чтобы победить старение. Потому что укорачивание теломер — лишь один из факторов старения. Расскажу подробнее: у нас есть много типов клеток. Генетически клетки вроде бы идентичны, но при этом в них работают разные гены. Потому что к генам могут «приделываться» разные белки и химические метки. Эти эпигенетические метки, в свою очередь, активируют или выключают те или иные гены. Это нормально и очень нужно: каждый тип клеток выполняет свою работу — одни гены в нём работают, а другие «спят».
Как всё это дело мешает бессмертию? Когда мы стареем, эпигенетические метки могут стираться или образовываться в ненужном месте. В одних клетках перестают работать гены, которые должны в них работать, в других — включаются гены, которые должны спать. Возникает «эпигенетическое старение», которое настолько ярко выражено, что исследователи научились по нему определять биологический возраст человека и даже в некоторой степени предсказывать, сколько ему осталось жить.
К счастью, эти эпигенетические метки можно сбросить до заводских настроек. Это и происходит в эмбрионе, причём в несколько волн. И мы умеем этот процесс воспроизводить — причём в любом типе клеток. За это надо сказать спасибо Синьи Яманаке: учёный смог отредактировать 4 гена — те самые «факторы Яманаки» — ввести их во взрослую клетку и получить «откат» этой клетки к эмбриональному состоянию. Далее обновлённую клетку можно превратить в разные типы клеток — в мышечную, нервную или любую другую. Так мы можем омолаживать организм. Кстати, по поводу факторов Яманаки высказывались опасения — мол, тоже рак проявится. Действительно, один из факторов Яманаки оказался онкогеном — но выяснилось, что, если его выкинуть, то оставшихся трёх генов будет достаточно для «омолаживания».
Так давайте омолаживать все клетки в стареющих организмах! Увы, ни к чему хорошему это не приведёт: организм просто превратится в омоложенную бесформенную клеточную массу. Нам нужны специализированные клетки, поэтому надо как-то ограничить действие факторов Яманаки. Поэтому учёные решили, что стоит включать факторы Яманаки циклически — например, сделать так, чтобы эти гены работали только в присутствии некоторого вещества, которое поступает в организм раз в 1-2 недели. Таким вот способом учёным уже удалось частично «омолодить» мышей. Пока что не очень сильно, но направление очень перспективно. Недавно основатель Amazon Джеф Безос вложился в компанию Altos Labs, которая намерена заниматься эпигенетическим омоложением в медицинских целях.
Одна из самых впечатляющих работ по применению эпигенетического отката была сделана на грызунах. Мышам с глаукомой ввели факторы Яманаки и восстановили им зрение. Возможно, в будущем подобные опыты станут проще и доступней: недавно исследователи и вовсе перешли к использованию малых молекул, которые подобраны так, чтобы имитировать действие факторов Яманаки.
Третий секрет бессмертия: избавляемся от мусора
В наших клетках накапливается мусор разной формы — повреждённые митохондрии, неправильно свёрнутые белки... Как нам от него избавиться?. Помочь может аутофагия — способность клеток переваривать свои ненужные, вредные или поломанные компоненты. Это делается с помощью аутофагосом — сферических структур с двухслойными мембранами. Аутофагосомы работают так: один мембранный пузырёк захватывает кусок мусора. Второй содержит ферменты, которые могут растворять мусор (как бы чистящие средства). Два пузырька слипаются — и начинается переваривание. При этом второй пузырёк, лизосому, нужно активировать: накачать в него протоны, закислить среду внутри — тогда он будет готов растворять мусор. Как показали опыты на круглых червях, если встречаются сперматозоид и яйцеклетка, весь процесс начинает работать на полную мощность: вторые пузырьки накачиваются кислотой, а первые активно нападают на мусор.
На такой клининг активно тратится энергетический «бензин» клетки, АТФ. Постоянно с такой силой убираться клетка не может. Зато в развивающемся эмбрионе начинается генеральная уборка, которая очищает его от всего мусора, накопившегося за жизнь. Слияние сперматозоида и яйцеклетки — очень важный момент. Вся жизнь потомка зависит от единственной клетки. Поэтому её нужно привести в идеальный вид — так же, как мы вызываем дорогой клининг в квартиру перед заселением жильца.
Ещё в нашем организме есть «роботы-пылесосы». Это протеасома — огромный комплекс, который плавает внутри клетки и нарезает белки на куски. Он похож на шредер, который перерабатывает ненужные белки. Исследования показывают, что в эмбриональных клетках, а также в клетках, искусственно омоложенных факторами Яманаки, эти протеасомы выходят на максимальную мощность и «рубят» максимум мусорных белков.
Чем опасны поломанные митохондрии
Обычный белковый мусор в нашем организме бывает не так страшен, как плохо работающие митохондрии, наши дыхательные органеллы, у которых есть своя ДНК. Когда клетка делится, она наследует лишь часть мусора, который там плавает, то есть каждый потомок становится «чище». Но митохондрии, в том числе повреждённые, умеют делиться. То есть на выходе мы получаем сломанный механизм, который размножается.
Сохранить качество митохондрий особенно важно при размножении. Передаются они преимущественно по материнской линии, от матери ребенку. Митохондриальные заболевания могут приводить к серьезным последствиям. К счастью, такое встречается редко — потому что механизм избавления от плохих митохондрий очень эффективен. Учёные провели опыты на мышах — ломали им митохондрии. Выяснилось, что уже через несколько поколений поломки исчезали!
Как работает процесс очистки от плохих митохондрий? Дело в том, что женское тело штампует огромное количество предшественников яйцеклеток — гораздо больше, чем ему когда-либо понадобится. Но большинство из них не станет настоящими яйцеклетками: они погибнут из-за программируемой смерти. Причём эту смерть запускают именно плохие митохондрии. В результате в полноценную яйцеклетку вырастет, скорее всего, самая здоровая клетка-предшественница. А плохие яйцеклетки с поломанными митохондриями так и не разовьются в готовую для оплодотворению клетку.
К сожалению, из этой клеточной «евгеники» мы мало что можем взять, потому что не знаем, как устроить отбор хороших митохондрий в неполовых клетках. Но зато есть другой процесс, который избавляет наши взрослые клетки от плохих митохондрий — митофагия, причём устроен он очень интересным образом.
Задача митохондрий — дышать. При этом внутри у них возникает отрицательный электрический потенциал, а снаружи положительный. Но если митохондрия работает плохо, этой разницы потенциалов нет;
Есть такой белок — PINK1. В норме он прилипает к митохондриями, но ненадолго. «Заряженная митохондрия» его процессирует и «отпускает». Но если это не происходит, то PINK1 накапливается на поверхности;
К PINK1 прилипает белок под названием «PARKIN»;
Если на митохондрию прилип «PARKIN», клетка знает, что митохондрия плохая, надо её переварить;
Если PINK1 или белок PARKIN затронула мутация, это может привести к раннему развитию болезни Паркинсона — из-за того, что PARKIN работает плохо, а в клетках копятся плохие митохондрии. Если мы найдём лекарство против Паркинсона, то, возможно, сможем давать его и здоровым людям — чтобы улучшать у них чистку плохих митохондрий и продлевать им жизнь. Да, болезнь Паркинсона, отчасти связана с нарушением работы митохондрий в нейронах нашего головного мозга.
Я перечислил разные процедуры по уборке, починке и обновлению клетки, чтобы реализовать «чудо бессмертия». Предположим, теломеры мы нарастили, эпигенетические маркеры сбросили, клеточный мусор убрали, митохондрии прочистили... Но нам предстоит ещё одна миссия — победить мутации. Если мутация уже возникла, при делении клеток она будет себя воспроизводить. Именно из-за этих ошибок ДНК может возникать рак и другие неприятные вещи. Починка ДНК существует — и она, конечно же, лучше всего работает в половых клетках.
Есть такой ген — АTM, который фиксирует повреждения в ДНК и сообщает об этом. В результате активируются ферменты, которые чинят ДНК. Или клетку с мутацией просто уничтожают! Опыты на круглых червях показали, что АТМ работают более активно в клетках гермальной линии, то есть в половых клетках и предшественниках. Потому что червяк живёт примерно недели две, если у него вдруг появится мутация, которая может привести к раку, это не так страшно — всё равно смерть скоро наступит. А вот клетки гермальной линии очень важны — ведь червям не нужно нежизнеспособное потомство, которое не передаст свои гены дальше.
Мы не червяки. И у нас АТМ активно работает не только в клетках гермальной линии. Но с возрастом активность АТМ у нас снижается. А ещё у людей есть генетическая болезнь, при которой этот белок отключается вовсе — синдром Луиса-Барра.
Не знаю, хранит ли АТМ в себе секрет омоложения. Но это история о том, что механизмы починки ДНК в разных типах клеток работают по-разному. И мы теоретически можем разработать такую генную инженерию, которая поможет чинить нашу ДНК в обычных клетках так же эффективно, как и в половых. Тогда наши органы будут сохраняться гораздо дольше.
Долой привилегии пассажиров первого класса! Молодость рабочим клеткам организма!
Одной из важнейших задач, стоящих перед дарвинизмом, является вопрос о наследовании приобретенных признаков. Приобретённые признаки – это такие признаки, которые возникают у организма на какой-либо стадии его жизни под влиянием внешних факторов и проявляются как в вариациях фенотипа (совокупности внешних и внутренних признаков организма, приобретённых в результате онтогенеза - индивидуального развития), так и в особенностях метаболизма, в рамках изменчивости, присущей виду.
Существует идея, названная «Ламаркизмом» в честь её основателя в 1802 году - натуралиста Жана Батиста Ламарка, - согласно которой приобретенные признаки могут наследоваться. С 1860-х годов многие исследователи, например, Уильям Мак-Дуггал и Пауль Каммерер, пытались найти доказательства ламаркизма, но все их результаты отвергались научным сообществом и объяснялись либо иными биологическими механизмами, например, генетическим загрязнением [1], либо мошенничеством авторов [2].
В 1889 году немецкий биолог-эволюционист - Август Фридрих Леопольд Вайсман – в своей книге «Очерки о наследственности и родственных биологических проблемах» опубликовал эксперимент, который в свое время считался серьезным опровержением ламаркизма. Он удалял хвосты у 68 белых мышей на протяжении 5 поколений, и в результате ни одна из 901 родившихся от покалеченных родителей мышей не родилась без хвоста или даже с более коротким хвостом [3]. Вайсман знал, что этот эксперимент ограничен и не абсолютно разбивает ламаркизм, но и целью его эксперимента было опровержение только утверждения о наследовании увечий.
Позже исследования Грегора Иоганна Менделя, Хьюго Мари де Вриза и Карла Эриха Корренса о принципах биологического наследования, хромосомная теория Уолтера Стэнборо Саттона и Теодора Генриха Бовери и их объединение Томасом Хантом Морганом и Рональдом Эйлмером Фишером с теорией естественного отбора вытеснили ламаркизм из биологии. Несмотря на это, интерес к нему сохраняется до сих пор.
В настоящее время появляется все больше исследований в областях эпигенетики, генетики и соматической гипермутации, которые выявляют возможности наследования признаков, приобретенных предыдущим поколением [4]. Известны даже примеры такого наследования, основанные на эпигенетических (то есть, не затрагивающих последовательность нуклеотидов в ДНК) механизмах. Например, в 2013 году в эксперименте было выявлено, что у потомства обученных бояться запаха ацетофенона мышей этот признак сохраняется в двух поколениях, благодаря гипометилированию (модификации молекулы ДНК через присоединение метильной группы без изменения её нуклеотидной последовательности) гена обонятельного рецептора, воспринимающего ацетофенон [5].
Подавляющее большинство факторов окружающей среды не могут непосредственно изменять последовательность ДНК, эпигенетические же механизмы регулируют генетические процессы и могут быть кардинально изменены факторами окружающей среды. Таким образом, эпигенетика обеспечивает молекулярный механизм прямого изменения признаков организма в процессе его жизни и их наследования. Способность окружающей среды непосредственно изменять фенотипические и генотипические вариации существенно влияет на естественный отбор, поэтому эта ламаркианская концепция в качестве дополнения дарвинизма способствует его развитию [4].
Этот механизм может также обеспечивать наследование изменений функций некоторых генов у цыплят [6], крыс [7] и людей [8], которые испытывали голод или ожирение. В случае цыплят наблюдалось наследование даже поведенческих черт (более консервативной стратегии кормления и большей доминации по отношению к сородичам). Деметилирование также аналогичным образом опосредует эпигенетическое наследование карликовости и устойчивости к болезни у риса [9], а молекулы РНК могут опосредовать наследственную устойчивость к инфекции у нематод Caenorhabditis elegans [10].
В 2010 году Гендель и Ромагопалан прокомментировали данные исследования: "Эпигенетика допускает мирное сосуществование дарвиновской и ламаркистской эволюции" [11], - а Джозеф Спрингер и Деннис Холли в 2013 году сказали: «Ламарк и его идеи были высмеяны и дискредитированы. По странному стечению обстоятельств, он будет смеяться последним. Эпигенетика - развивающаяся область генетики - показала, что Ламарк был, по крайней мере частично, прав с самого начала. Похоже, что обратимые и наследуемые изменения могут происходить без изменения последовательности ДНК (генотипа) и что такие изменения могут быть вызваны в ответ на факторы окружающей среды или спонтанно» [12].
Теория эволюции гологенома также имеет некоторые ламаркистские аспекты. Часто животные и растения живут в симбиозе со многими микроорганизмами и вместе они образуют "гологеном", состоящий из всех их геномов. Гологеном, как и любой другой геном, может изменяться в результате мутации, половой рекомбинации или хромосомной перестройки, но, кроме того, он может изменяться при увеличении или уменьшении популяции микроорганизмов и при появлении новых видов микроорганизмов в процессе жизни главного организма, что затем передаётся и его потомству [13].
Изменившееся в процессе жизни особи поведение также может привести к улучшению репродуктивного успеха животного, изменению условий эволюционного отбора и, соответственно, к изменению генетического состава и новому направлению его развития. То есть, животные, адаптируясь в процессе своей жизни к новому стрессу в окружающей среде посредством изменений в поведении, приводят к генетическим изменениям в будущих поколениях. В 1953 году Джорджем Гейлордом Симпсоном данное явление было названо «эффектом Болдуина» в честь психолога Джеймса Марка Болдуина. Симпсон также отметил, что эффект Болдуина обеспечивает примирение дарвинистского и ламаркистского подходов.
Например, если в среде появился новый хищник, от которого можно спастись, только забравшись на дерево, то жертвы могут научиться залезать на деревья, не имея к этому врожденной предрасположенности. Сначала каждая особь будет вырабатывать новое поведение в течение своей жизни, но если это будет продолжаться достаточно долго, то те особи, которые быстрее учатся залезать на деревья или делают это более ловко из-за каких-нибудь вариаций в строении тела (чуть более цепкие лапы, когти и т. п.), получат преимущество и будут оставлять больше потомков. Так, поведенческий признак, изначально появлявшийся каждый раз заново в результате индивидуального обучения, со временем может стать врожденным - изменившееся поведение будет записано в генотипе. Другой пример: распространение мутации, позволяющей взрослым усваивать лактозу, произошло в тех популяциях, где вошло в обиход молочное животноводство. Изменилось поведение (люди стали доить коров) - и в результате изменился генотип (развилась наследственная способность усваивать молоко в зрелом возрасте) [14].
Источники: [1] Medawar P. B. «Aristotle to zoos: a philosophical dictionary of biology», Harvard University Press: p. 168 (1983); [2] Bowler Peter J. «Evolution: The History of an Idea», University of California Press, 3rd ed.: p. 245 – 246, (2003); [3] Tollefsbol Trygve «Handbook of Epigenetics: The New Molecular and Medical Genetics», Elsevier Science: p. 234, (2017); [4] Skinner Michael K. Environmental Epigenetics and a Unified Theory of the Molecular Aspects of Evolution: A Neo-Lamarckian Concept that Facilitates Neo-Darwinian Evolution // Genome Biology and Evolution, 7 (5): p. 1296 – 1302, (May 2015); [5] Dias B. G., Ressler K. J. Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations, 17: p. 89 – 96, (2013); [6] Nätt Daniel, Lindqvist Niclas, Stranneheim Henrik, Pizzari Tom, et al. Inheritance of Acquired Behaviour Adaptations and Brain Gene Expression in Chickens // PLOS ONE, 4 (7): e6405, (28 July 2009); [7] Sheau-Fang Ng, Lin Ruby C. Y., Laybutt D. Ross, et al. Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring // Nature, 467 (7318): p. 963 – 966, (21 October 2010); [8] Lumey Lambert H., Stein Aryeh D., Ravelli Anita C. J. Timing of prenatal starvation in women and birth weight in their first and second born offspring: The Dutch famine birth cohort study // European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology, 61 (1): p. 23 – 30, (July 1995); [9] Akimoto Keiko, Katakami Hatsue, Hyun-Jung Kim, et al. Epigenetic Inheritance in Rice Plants // Annals of Botany, 100 (2): p. 205 – 217, (August 2007); [10] Rechavi Oded, Minevich Gregory, Hobert Oliver. Transgenerational Inheritance of an Acquired Small RNA-Based Antiviral Response in C. Elegans // Cell, 147 (6): p. 1248 – 1256, (9 December 2011); [11] Handel Adam E., Ramagopalan Sreeram V. Is Lamarckian evolution relevant to medicine? // BMC Medical Genetics, 11: p. 73, (13 May 2010); [12] Springer Joseph T., Holley Dennis «An Introduction to Zoology», Jones & Bartlett Learning, 1st ed.: p. 94, (2013); [13] Rosenberg Eugene, Sharon Gill, Zilber-Rosenberg Ilana. The hologenome theory of evolution contains Lamarckian aspects within a Darwinian framework // Environmental Microbiology, 11 (12): p. 2959 – 2962, (December 2009); [14] Older Vane. Закрепление приобретенного опыта в генах // КРЯК (08.02.2023), URL: https://vk.com/wall-213062587_2776 .