Что сделало современный человеческий мозг таким отличным от мозга наших вымерших родственников, таких как неандертальцы? Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего совместно с международной группой ученых обнаружили, что древние гоминиды, включая ранних людей и человекообразных обезьян, вступили в контакт со свинцом гораздо раньше, чем считалось ранее — за два миллиона лет до того, как современные люди начали его добывать. Это длительное воздействие, возможно, повлияло на эволюцию раннего мозга, затруднив развитие речи и социальных навыков у всех, кроме современных людей, которые обладают уникальным защитным генетическим вариантом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Команда исследовала окаменелые зубы 51 гоминида, найденные в Африке, Азии и Европе. Образцы включали как современных, так и архаичных людей, таких как неандертальцы, ранних предков человека, таких как австралопитек африканский, и вымерших человекообразных обезьян, включая гигантопитека черного.
Следы свинца были обнаружены в 73% исследованных окаменелостей, причем 71% образцов современных и архаичных людей показали загрязнение. Окаменелости гигантопитека черного, датируемые 1,8 миллионами лет назад, показали самые высокие уровни острого воздействия.
Ранее считалось, что люди начали подвергаться значительному воздействию свинца только в истории, особенно в римскую эпоху, когда свинцовые трубы использовались для водопроводных систем, а затем во время промышленной революции. Загрязнение свинцом снизилось только после конца XX века.
“Мы перестали использовать свинец в повседневной жизни, когда поняли, насколько он токсичен, но никто никогда не изучал свинец в доисторический период”, — сказал соавтор статьи Алиссон Муотри, Ph.D., профессор педиатрии и клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.
К удивлению исследователей, зубы людей, родившихся в середине XX века (с 1940-х по 1970-е годы), когда воздействие свинцового бензина и краски было широко распространено, показали схожие с древними человеческими окаменелостями следы свинца. Ученые предполагают, что древние люди и их родственники могли сталкиваться со свинцом во время поиска воды, подобно тому, как это делали римляне позднее в истории.
“Одно из возможных объяснений заключается в том, что они искали пещеры с проточной водой внутри. Пещеры содержат свинец, поэтому все они были загрязнены. Судя по исследованиям зубной эмали, это началось очень рано, в младенческом возрасте”. Воздействие свинца нарушает рост и функционирование мозга, ухудшая интеллект и эмоциональную регуляцию. Столкнувшись с этими доказательствами, Муотри и его команда начали задаваться вопросом, как современные люди смогли процветать, несмотря на такие токсичные условия в ходе своей эволюции.
Небольшое генетическое изменение
Ген, известный как нейроонкологический вентральный антиген 1 (NOVA1), играет важную роль в формировании мозга и развитии синапсов. Выступая в качестве ключевого регулятора нервно-психического развития, NOVA1 помогает определять, как нервные прогениторные клетки реагируют на воздействие свинца, а нарушения в его деятельности связаны с неврологическими расстройствами.
Почти все современные люди являются носителями версии гена NOVA1, которая отличается от версии, обнаруженной у неандертальцев, одной парой оснований ДНК. Ранее исследования группы Муотри показали, что замена современного NOVA1 на более старую версию в миниатюрных моделях мозга, называемых органоидами, вызывала радикальные изменения в структуре и связности мозга.
“Все в органоидах идентично, за исключением этого генетического варианта, что позволяет нам задаться вопросом, дает ли нам какое-либо преимущество эта конкретная мутация, отличающая нас от неандертальцев. Архаичный вариант ускорял созревание мозга, но со временем приводил к снижению его сложности. Если эта новая мутация есть у всех людей во всех уголках мира, то, должно быть, очень сильное генетическое давление способствовало ее развитию у нашего вида”.
Чтобы проверить, могло ли воздействие свинца повлиять на этот генетический сдвиг, исследователи создали органоиды мозга с современным и древним вариантами NOVA1, подвергли их воздействию свинца и наблюдали за ростом нейронов коры и таламуса.
Они обнаружили, что свинец изменил активность NOVA1 в обоих типах органоидов, повлияв на гены, связанные с такими заболеваниями, как аутизм и эпилепсия.
Однако только архаичный вариант NOVA1 изменял активность FOXP2, гена, имеющего решающее значение для речи и языка. Люди с определенными мутациями FOXP2 испытывают трудности с формированием сложных слов и предложений. “Этот тип нейронов, связанных со сложным языком, подвержен гибели в архаичной версии NOVA1. Ген FOXP2 у нас и у неандертальцев идентичен, но именно то, как этот ген регулируется NOVA1, вероятно, и способствует различиям в языке”.
Эволюционные последствия
Результаты исследования показывают, что приобретение современного варианта NOVA1, возможно, защитило нас от вредного воздействия свинца, способствуя развитию сложного языка и социальной сплоченности. Это могло дать современным людям значительное эволюционное преимущество перед неандертальцами, даже при наличии загрязнения свинцом.
Муотри считает, что эти результаты имеют важное значение для понимания того, как факторы стресса окружающей среды повлияли на развитие мозга в ходе эволюции человека. Он предполагает, что воздействие свинца могло способствовать вымиранию неандертальцев около 40000 лет назад.
“Язык — это такое важное преимущество, он трансформирует нас, он — наша суперсила. Благодаря языку мы можем организовывать общество и обмениваться идеями, что позволяет нам координировать крупные движения. Нет никаких доказательств того, что неандертальцы могли это делать. Возможно, они обладали абстрактным мышлением, но не могли передавать его друг другу. И, возможно, причина в том, что у них никогда не было такой эффективной системы коммуникации, как наш сложный язык”.
Понимание того, как варианты гена NOVA1 могут влиять на экспрессию FOXP2, помогает прояснить взаимосвязь между загрязнением свинцом и развитием мозга, а также проливает свет на неврологические состояния, связанные с языком, в том числе апраксию речи — состояние, при котором трудно правильно произносить звуки речи — и аутизм.
Калифорнийский университет в Сан-Диего. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
