Те, кто любит почитать умное, последнее время часто просят нас выдавать более научные и глубокие посты

Те, кто любит почитать умное, последнее время часто просят нас выдавать более научные и глубокие посты. Ну а тут... авторы в разъёздах по научным делишкам, редактор вообще черешню собирает, чтоб дрозды всю не слопали. Потому мы попросили сделать "понаучнее" своих хороших друзей)))

Пост от Биореактора, специально в Натуре Science.

Почему мы толстеем, болеем диабетом, и какое отношение это имеет к эволюции?

Как говорил великий эволюционный биолог Федосий Добжанский – «Ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции». А эволюция человека – очень странный процесс. В ходе этого процесса, человечество постоянно сворачивало куда-то ни туда – накапливало летальные и условно-летальные мутации и приобретало сомнительные инженерные решения в строении организма.

А началось всё почти два миллиона лет назад, когда более приспособленные приматы вытеснили менее приспособленных из джунглей в галерейные леса, потом оттуда – в саванну. И тут им пришлось перейти к двуногости или, как говорят профессионалы – бипедальности. И это стало одним из решений «сомнительного» качества.

Кроме всего прочего, у представителей нашего рода стала развиваться социальность, причём очень высокого уровня. И мы стали заботится о своих больных и убогих родственниках, тем самым увеличивая генетический груз наследственных болезней. В конечном итоге – это привело к тому, что в нашей популяции закрепились такие проблемы как ожирение и диабет.

Представляете себе – ожирение и сахарный диабет – это тоже, в определённом смысле, болезни прямохождения. Косвенно, конечно, но тем не менее.

Однако, так ли вредны гены, которые контролируют этот признак? Давайте попробуем разобраться.

Начнём издалека – иногда, наличие летальных или условно-летальных мутаций приводит, к относительно, положительным последствиям. Ярким таким примером, служит т.н. серповидноклеточная анемия – наследственное заболевание, при котором происходит замена всего одного нуклеотида в гене гемоглобина на другой (тимин меняется на аденин). В свою очередь это приводит к замене глутаминовой кислоты на валин в полипептидной цепи гемоглобина.

А следствием этого является нарушение фолдинга (сворачивания) белка, и приобретение эритроцитами серповидной формы. Такие эритроциты не могут нормально переносить кислород и часто образуют тромбы. Если человек является носителем двух копий мутантного гена (гомозиготой), то он умирает, а если только одной (гетерозиготой) – и приобретает устойчивость к малярии. Так, в местах эндемичных по малярии, гетерозиготными носителями гена серповидноклеточной анемии является до 15% населения (почто столько же сколько в среднестачестической европейской популяции рыжих).

Но мы отвлеклись, вернёмся к ожирению и диабету. В отличие от серповидноклеточной анемии – эти признаки кодируются несколькими генами (возможно даже десятками). Но в данном случае, нас интересует их приспособительное значение, для двуногой обезьяны только - только делающей первые шаги по планете.

Начнём с ожирения – согласно гипотезе генетика Д. Нила о сбегающем генотипе, отбор на ранних этапах эволюции человека разумного способствовал закреплению в генотипе генов, позволяющих наиболее эффективно, накапливать запасы подкожного жира – «зажировываться», собственно, это и сейчас можно наблюдать у животных, живущих в широтах с выраженной сезонностью.

В отличие он современных людей, жители каменного века не имели круглосуточного доступа к холодильнику с припасами. И в условиях ледниковых степей (или засушливых саванн) мог выжить только тот, кто эффективно нагуливал жирок на экстремальный климатический сезон. Однако стоит сделать доступ к пище постоянным, и сразу же начинаются проблемы.

Так, после второй мировой войны и промышленной революции значительная часть жителей Старого и Нового Света получили доступ к практически не ограниченному количеству пищи. А «гены» ожирения, к тому моменту, были уже у большинства (поскольку потомство оставляли только те, у кого эти гены были в достатке) – и получите, распишитесь – по городам и весям, еле шевелясь, передвигаются целые армии жиробарсиков, на двух ногах. А это – избыточная нагрузка, на и без того, не самые надёжные, с инженерной точки зрения, суставы конечностей.

Но на этом проблемы не заканчиваются.

Избыточная масса тела плоха по многим параметрам – но один из самых основных – это т.н. метаболический синдром, компонентом которого является снижение чувствительности клеток к инсулину – инсулинорезистентность. При этом состоянии ?-клетки поджелудочной железы, в поте лица, вырабатывают избыточное количество инсулина, чтобы поступающая с пищей глюкоза, могла проникнуть в клетки и превратиться в них в «животный» аналог крахмала – гликоген. Рано или поздно поджелудочная железа говорит: «Ой всё», происходит декомпенсация и развивается настоящий сахарный диабет второго типа.

Но зачем нам такая не продуманная и опасная энергетическая система?

Для того, чтобы понять это, нужно снова вернуться под сень эволюционного дерева человека. На каждом этапе, от австралопитеков и до современного человека, можно заметить несколько трендов – снижение в рационе количества углеводов, увеличение объёма животной пищи и, как следствие, увеличение объёма мозга. Совершенно очевидно, что при таких изменениях. В первую очередь, будут возрастать именно требования к активности ?-клеток поджелудочной железы – пищи становится меньше по объёму, но её калорийность возрастает.

Так, по одной из гипотез, именно инсулинорезистентность позволила мозгу человека увеличиваться в объёме.

И всё было хорошо, до тех пор, пока человек не перешёл от присваивающего хозяйства -к производящему (примерно 12 тыс. лет назад, на Ближнем Востоке). В этот период в рационе резко возрастает количество углеводов, и все два миллиона лет эволюции – пошли насмарку. Признаки, которые ещё не давно были приспособительным, резко превратились в условно-летальные.

Но это ещё не всё. В 2014 году в журнале «Science» была опубликована работа, посвящённая исследованию геномного состава коренных жителей центральной Америки. В ходе исследования было установлено, что один из генетических локусов, ассоциированных с диабетом, у этих людей, имеет «неандертальское» происхождение. Данный участок генов, отвечает за накопление в цитоплазме клеток триглицеридов, т.е. косвенно, также связан с инсулинорезистентностью.

Является ли это собственным «приобретением» неандертальцев, или общим с человеком разумным, признаком пока не ясно. Но исследователи выдвинули интересную гипотезу, как этот признак мог закрепиться среди коренных обитателей перигляциальных равнин Европы. Антропологам давно известен факт, что на останках неандертальцев часто встречаются прижизненные травмы, связанные с утратой фаланг пальцев на ногах (иногда и целых пальцев). Причём травма явно не несёт характера механической, а скорее, похода на результат отморожения.

Но как в условиях пещеры каменного века, этим угрюмым «троглодитам» удавалось избегать кровопотери, гнойных осложнений и болевого шока? На ответ на этот вопрос исследователей натолкнуло такое хорошо известное явление – как диабетическая нейропатия. Дело в том, что при длительно текущей гликемии (высоком содержании сахара в крови) происходит повреждение периферических нервов – конечность буквально теряет чувствительность и даже небольшая травма может закончится весьма плачевно. Но это бывает у современного человека, который может есть сахарный песок ложками.

Неандертальцы, напротив, были суперхищниками – более плотоядных людей, пожалуй, не было на Земле. Так что длительной и высокой гликемии, у них, вероятнее всего, не было. Однако того уровня, вполне хватало, чтобы при обморожении пальцев – они просто самопроизвольно отделялись, или как говорят в медицине – мутилировали, не принося своему владельцу значимых неприятностей. Однако это всего лишь гипотеза.

Впрочем, и диабетом, и с ожирением все может быть не так просто. Вполне возможно, что мало унаследовать гены ожирения или диабета, чтобы непременно страдать от этих недугов.

Некоторые исследования показывают, что регуляция этих генов (и даже их наследование) может обеспечиваться эпигенетическими механизмами. Что же это за такой зверь? А всё очень просто – нить ДНК в ядре клетки существует не сама по себе, а «намотана» на специальные белки-гистоны.

Таким образом в среднестатистической клетке размером в 40 нм, удаётся «упаковать» нить длиной в 2 метра. Так вот, если прикрепить к этим белкам определённые химические группы – например метильную (-СН4) или ацильную (СР3-СН=О-) можно добиться того, что «намотанный» участок ДНК будет транскрибироваться более активно или не будет вообще. Аналогичные группы можно присоединить и непосредственно к нуклеотидам, с аналогичным результатом.

Так вот именно это и называется – эпигенетическое взаимодействие. Транскрипция гена осуществляете не потому, что он просто есть, а потому, что он (или участок, где он расположен) специальным способом модифицирован.

А откуда мы можем получить все эти хитрые группы?

Конечно, из пищи, например, одним из самых изученных эпигенетических агентов является один из изомеров витамина А, который мы получаем с помидорами и печенью. А если такой процесс может происходить в соматических клетках, то уж в постоянно обновляющихся половых. Вот и получается, что дети, могут наследовать благоприобретённый признак родителей – ну чем не наследование по Ламарку?

Косвенно эту гипотезу подтверждает наблюдение, согласно которому ожирение чаще наследуется от тучных отцов, чем от матерей, поскольку у мужчин половые клетки обновляются постоянно. А модификация генома яйцеклетки, по сути, возможно только после овуляции, а то и зачатья.

Так или иначе, но гены диабета и ожирения плотно сидят в человеческой популяции, и в настоящее время имеют характер условно-летальных, снижая вероятность носителя на продолжение рода, но, судя по всему, было не всегда. И кто может сказать, что будет в будущем, и какие признаки будут востребованы в будущем для выживания вида.

Текст:

Редактура:

Спасибо, Биореактор. Как всегда - очень мощно!

Ну а те, кто осилил дочитать самый научный пост в нашем сообществе за последние пару лет, можете предлагать, про кого нам сделать завтрашний цикл постов)))

Источник: vk.com

Комментарии: