logo
 

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Прорыв в генетике кожной пигментации связан с исследованием еще одного гена — меланокортинового рецептора 1-го типа (MC1R).

Рецептор — молекула, передающая в клетку химический сигнал. Ген MC1R кодирует рецептор, который находится в клеточной мембране и реагирует на гормон, стимулирующий размножение меланоцитов и выработку меланина. Гормон называется α-МСГ — альфа-меланоцитстимулирующий гормон (он относится к меланокортинам).

Исследователи установили, что ген MC1R влияет на окраску меха у млекопитающих. Мутации в гене рецептора приводили к тому, что у мышей шерсть, в норме темная, становилась желтоватой. Как выяснилось, MC1R определяет относительное количество эумеланина и феомеланина, вырабатываемых меланоцитами. Если работа гена нарушалась, вместо темно-коричневого эумеланина образовывался желто-красный феомеланин. Оказалось, что работа гена сказывается на пигментации у лошадей, собак, свиней, овец и птиц.

Но раз у человека есть похожий ген, то, может быть, в нем кроется тайна рыжеволосости? Это можно проверить! В 1995 году группа генетиков взяла образцы этого гена у 30 рыжих британцев и ирландцев. Для сравнения изучили варианты MC1R у 30 темноволосых европейцев. Неожиданно 21 рыжий «подопытный» оказался носителем мутантного — отличного от эталонного — варианта MC1R. Да не одного, таких вариантов нашлось целых девять! Самая частая мутация, Asp294His (замена в 294-й позиции аминокислоты аспартата на гистидин) встретилась у 16 человек. А у восьми рыжих оказалось сразу две или больше мутаций в гене MC1R. И ни одного мутантного варианта не нашлось у контрольной темноволосой группы.

Дальнейший анализ показал, что нестандартные варианты MC1R все-таки встречаются и у обладателей темных волос, но никогда в двух копиях, на обеих хромосомах. Удивительно, но и многие рыжие были гетерозиготами по этому гену. То есть для того, чтобы получить рыжеватые волосы, достаточно было, чтобы мутация досталась от одного из родителей, хотя наиболее чистый рыжий тип, как позднее выяснилось, был все же гомозиготным.

Интересен и другой результат: практически у всех темноволосых носителей мутантного варианта MC1R была очень светлая кожа, а кроме того, они плохо загорали. Очевидно, ген влияет не только на волосы, но и на кожу, отмечали авторы исследования. Обнаружилась и связь гена с появлением веснушек, а также — увы — с риском развития рака кожи.

Это было только начало множества исследований гена, который оказался очень удобным — маленьким (всего 954 нуклеотида), с понятной функцией, удивительно изменчивым. Связь некоторых вариантов гена MC1R с рыжими волосами подтвердил анализ ДНК ирландцев, голландцев и шведов, а также исследования на близнецах, выявившие еще 11 вариантов гена. Одни аллели MC1R оказывали сильное, другие — слабое влияние на рыжеволосость. Любопытно, что у разнояйцевых близнецов, обладающих одинаковым вариантом MC1R, встречались разные типы волос — значит, этот ген не мог полностью отвечать за признак. Впрочем, это было очевидно и раньше, ведь мутации в гене обнаружились не у всех рыжих. Так что окрестить ген MC1R «геном рыжих волос», как бы ни хотелось, не получится.

Тем не менее, если проанализировать распространение разных версий гена, может, это расскажет нам что-нибудь о человеческой эволюции? В 2000 году группа генетиков так и поступила. В исследовании участвовали образцы ДНК из Европы, Африки, Азии, Океании, а также двух шимпанзе.

Сравнив варианты гена MC1R между собой, исследователи вычислили предковый, «корневой» вариант, который, немного предсказуемо, оказался африканским, обычным также для юга Азии. Почему предсказуемо? Потому что, как мы знаем, люди родом из Африки. Этот вариант отличался от шимпанзиного 16 мутациями, 10 из которых были несинонимичными, т. е. меняли аминокислоту.

А дальше — интереснее. Африканское разнообразие гена выглядело очень низким — генетики нашли тогда всего пять вариантов, и все синонимичные, их различия не влияли на работу гена. Сходная картина у папуасов и южных азиатов — людей с темной кожей. И совсем другое дело — остальная Евразия, где обнаружилось 13 вариантов гена, причем синонимичных — только 3. Ситуация очень нетипичная, ведь обычно разнообразие максимально в Африке, а тут строго наоборот. Что бы все это значило? А вот что: в Африке палящее солнце отбраковывало любые мутации, вызывавшие хотя бы незначительное посветление кожи. Этот мощный стабилизирующий отбор и есть причина низкого числа вариантов MC1R на Африканском континенте, а также на юге Азии. Когда же люди мигрировали на север, в высокие широты, жесткий отбор прекратился. По мнению авторов исследования, причина появления вариантов MC1R в Евразии — не естественный отбор, а наоборот, его ослабление. В таких условиях мутации, снижавшие пигментацию, уже не приводили к печальным последствиям и стали распространяться по законам нейтральной эволюции, случайным образом. То, что внутривидовое разнообразие примерно соответствует межвидовым различиям между человеком и шимпанзе, по мнению авторов, свидетельствует не в пользу отбора. Этим можно объяснить и то, что вариантов гена в Европе больше, чем в Азии.

Повторю: вариант шимпанзе отличается от «корневого» человеческого десятью значимыми мутациями. А сейчас в Африке любые мутации в MC1R отсеиваются стабилизирующим отбором. Получается, что когда-то этот отбор был слабым, а затем почему-то стал сильным. Если африканское солнце играет роль сурового фактора отбора сейчас, почему это не происходило раньше? Американские антропологи Алан Роджерс, Дэвид Илтис и Стивен Вудинг предложили простое объяснение: раньше кожа наших предков была покрыта шерстью! Волосы защищали кожу от вредного ультрафиолета, поэтому ее цвет был не столь важен, вот и накапливались мутации. Кстати, у современных обезьян, у тех же шимпанзе, кожа под шерстью может быть очень разной — на выживание животного это не влияет.

Ситуация изменилась, когда древние гоминины лишились волосяного покрова. Коже пришлось быстро почернеть, и с тех пор у африканцев она не менялась.

Посмотрите: мы связали вместе первую и вторую части книги. Кожа у людей потемнела, когда у них исчезла шерсть. Еще немного хитрости — и можно прикинуть, когда примерно это могло произойти. Исследователи рассуждали так: когда-то под действием естественного отбора самый «черный» аллель гена MC1R распространился в популяции до полной фиксации, т. е. разнообразие упало до нуля (на самом деле это не всегда так, но в данном случае вероятность велика, так как ген маленький). Но сейчас в африканской популяции все же есть несколько вариантов гена, отличающихся синонимичными заменами. Мы можем воспользоваться методом молекулярных часов, поскольку речь идет о нейтральных мутациях, которые происходят с постоянной скоростью. Ее можно вычислить, зная отличия между геномами MC1R человека и шимпанзе и время, отделяющее нас от последнего общего предка. Конечно, неизвестно, сколько раз разнообразие падало до нуля, поэтому реальное время может быть больше расчетного.

Исследователи подсчитали, что для накопления существующего разнообразия понадобилось бы от 560 000 до 1,2 млн лет. Более вероятна верхняя оценка, так как 560 000 выходило в случае бесконечного размера популяции. Итак: 1,2 млн лет назад (или раньше) наши предки уже утратили шерсть и потемнели.

Считали исходя из того, что общий предок человека и шимпанзе жил 5 млн лет назад. Сейчас эту цифру сдвинули на пару миллионов лет в прошлое, и некоторые другие допущения, сделанные в статье 2004 года, наверняка поменялись.


Что касается евразийского разнообразия, Роджерс и его коллеги считали, что дело не в ослаблении отбора, а в смене его направления: в условиях недостатка ультрафиолета выгодными оказались любые мутации, снижающие синтез пигмента. Авторы сравнили разнообразие MC1R и двух других участков ДНК, находящихся за пределами известных генов, и показали, что поведение исследуемого гена не согласуется с правилами нейтральной эволюции.

Кстати, анализ азиатских геномов дал неожиданный результат: у китайцев, японцев, вьетнамцев и прочих восточных азиатов с высокой частотой (70 %) встречается вариант гена MC1R Arg163Gln! Для сравнения: среди европейцев Австралии только около 5 % обладали этим вариантом MC1R, а у африканцев он вообще отсутствовал. Зато он же нашелся, причем в гомозиготном виде, у пяти американских индейцев, участвовавших в исследовании, что намекает на близкое родство восточных азиатов и аборигенов Америки. Тут есть и другой прозрачный намек: у людей за пределами Африки кожа светлела не один раз, а как минимум дважды, у азиатов — отдельно от европейцев. Позже были получены другие убедительные подтверждения этой гипотезы.

Данные накапливались стремительно. В работах начала 2000-х годов оперировали сотнями генетических образцов. К настоящему времени счет пошел на десятки тысяч. В очередном исследовании 2018 года задействовано 59 000 человек со всей Евразии. Помимо прочего, ученые оценивали распространенность пяти вариантов MC1R, связанных со светлой кожей, и результат получился примерно тот же: одни аллели распространены в Европе и редки за ее пределами, а у других частота, наоборот, максимальна в Восточной Азии.


Надо добавить: позже выяснилось, что однообразие MC1R в Африке с лихвой компенсировалось чрезвычайной вариативностью других генов пигментации, о чем разговор впереди. Кроме того, число африканских вариантов MC1R оказалось все же чуть выше, чем предполагали: у жителей Южной Африки (негроидов и сан), исследованных в 2003 году, нашли 11 мутаций MC1R, причем 3 несинонимичные, отличные от евразийских. Но обратите внимание: это юг Черного континента, где уровень ультрафиолета ниже, чем у экватора.

Попрощаемся пока что с меланокортиновым рецептором 1-го типа. Другие замечательные гены ждут, когда мы познакомимся с ними.

 

Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.