Токсичный металл не обошел стороной наших предков
Международное исследование опровергает мнение о том, что воздействие токсичного металла свинца в основном является постиндустриальным явлением. Исследование показало, что наши предки периодически подвергались воздействию свинца на протяжении более двух миллионов лет и что этот токсичный металл мог повлиять на эволюцию мозга гоминидов, их поведение и даже на развитие языка.
Кроме того, исследование, опубликованное в Science Advances, добавляет ещё один фрагмент в головоломку о том, как люди превзошли своих родственников — неандертальцев. Модели органоидов мозга с неандертальской генетикой были более восприимчивы к воздействию свинца, чем человеческий мозг, что позволяет предположить, что воздействие свинца было более вредным для неандертальцев.
Исследование, проведённое учёными из исследовательской группы по геоархеологии и археометрии при Университете Южного Креста в Австралии, на кафедре экологической медицины в Медицинской школе Икана при больнице Маунт-Синай в Нью-Йорке) и в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего, объединило в себе новую геохимию окаменелостей, передовые эксперименты с органоидами мозга и новаторскую эволюционную генетику, чтобы раскрыть удивительную историю о роли свинца в истории человечества.
Токсичная нить в эволюции человека
До недавнего времени ученые считали, что воздействие свинца — это в основном современное явление, связанное с деятельностью человека, такой как добыча полезных ископаемых, выплавка металлов, а также использование этилированного бензина и красок. Проанализировав 51 ископаемый зуб гоминидов и человекообразных обезьян, в том числе Australopithecus africanus, Paranthropus robustus, ранних представителей рода Homo, неандертальцев и Homo sapiens, команда обнаружила четкие химические признаки периодического воздействия свинца, которое продолжалось почти два миллиона лет.
Используя высокоточную лазерную абляционную геохимию исследователи обнаружили в зубах характерные «свинцовые полосы», которые формировались в детстве по мере роста эмали и дентина. Эти полосы указывают на повторяющиеся эпизоды поглощения свинца как из окружающей среды (например, из загрязненной воды, почвы или в результате вулканической активности), так и из собственных запасов организма в костях, которые высвобождаются во время стресса или болезни.
«Наши данные показывают, что воздействие свинца было не просто следствием промышленной революции — оно было частью нашего эволюционного ландшафта», — сказал профессор Рено Жан-Бойо (Professor Renaud Joannes-Boyau), руководитель исследовательской группы.
Это означает, что мозг наших предков развивался под воздействием сильнодействующего токсичного металла, который, возможно, на протяжении тысячелетий формировал их социальное поведение и когнитивные способности.
От окаменелостей к функциям: свинец и языковой ген
Команда также обратилась в лабораторию, чтобы выяснить, как это древнее воздействие могло повлиять на развитие мозга. Используя органоиды человеческого мозга, миниатюрные выращенные в лаборатории, они сравнили влияние свинца на две версии ключевого гена развития под названием NOVA1. Этот ген, как известно, регулирует экспрессию генов при воздействии свинца во время развития нервной системы. Современная версия NOVA1 отличается от той, что была у неандертальцев и других вымерших гоминидов, но до сих пор ученые не знали, почему произошло это изменение.
Когда органоиды, несущие архаичный вариант NOVA1, подвергались воздействию свинца, у них наблюдались заметные нарушения в активности нейронов, экспрессирующих FOXP2, в коре головного мозга и таламусе — областях мозга, критически важных для развития речи и языка. У органоидов с современным вариантом NOVA1 этот эффект был выражен гораздо слабее.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что наш вариант NOVA1 мог обеспечивать защиту от вредного воздействия свинца на нервную систему», — сказал профессор Алиссон Муотри (Professor Alysson Muotri), профессор педиатрии, клеточной и молекулярной медицины и директор Объединенного центра космических исследований стволовых клеток Института стволовых клеток Сэнфорда при Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Это выдающийся пример того, как воздействие окружающей среды, в данном случае токсичность свинца, могло привести к генетическим изменениям, которые улучшили наши шансы на выживание и способность общаться с помощью языка, но теперь также влияют на нашу восприимчивость к воздействию современного свинца.
Генетика, нейротоксины и становление современного человека
Генетический и протеомный анализ, проведенный в рамках этого исследования, показал, что воздействие свинца на органоиды с архаичным вариантом генома нарушило процессы, связанные с развитием нервной системы, социальным поведением и коммуникацией. В частности, изменение активности гена FOXP2 указывает на возможную связь между древним воздействием свинца и эволюционным развитием языковых способностей у современных людей.
С точки зрения межвидовой конкуренции, наблюдение за тем, как токсическое воздействие может способствовать выживанию, открывает перед экологической медициной новую парадигму для изучения эволюционных корней заболеваний, связанных с воздействием окружающей среды.
Современные уроки из древней проблемы
Хотя сегодня люди подвергаются воздействию свинца в основном из-за промышленной деятельности, это остается серьезной проблемой для здравоохранения во всем мире, особенно для детей. Полученные данные показывают, насколько тесно связаны токсины в окружающей среде и биология человека, и предупреждают, что наша восприимчивость к свинцу может быть унаследована из прошлого.
«Наша работа не только переписывает историю воздействия свинца, — добавил профессор Жоанн-Бойо (Professor Joannes-Boyau), — но и напоминает нам о том, что взаимодействие между нашими генами и окружающей средой формировало наш вид на протяжении миллионов лет и продолжает это делать».
В ходе исследования были проанализированы ископаемые зубы из Африки, Азии, Европы и Океании с использованием передовых методов геохимического картирования для выявления закономерностей воздействия свинца в детском возрасте. В ходе лабораторных экспериментов с органоидами мозга, несущими современные или архаичные гены NOVA1, изучалось влияние свинца на развитие мозга с акцентом на FOXP2 — ген, играющий ключевую роль в речи и языке. Генетические, транскриптомные и протеомные данные были объединены для создания комплексной картины того, как свинец мог повлиять на эволюцию социального поведения и когнитивных способностей гоминидов.
Как эволюция изменила наш вид за последние тысячелетия и что движет ей теперь вместо естественного отбора — читайте в тексте.
Об авторе
