Как одна аминокислота изменила ход эволюции: тайна, скрытая в нашем геноме

Что если одно небольшое изменение в химии нашего мозга стало ключом к выживанию и доминированию Homo sapiens над другими гомининами, такими как неандертальцы и денисовцы? Новое исследование предполагает именно это.

Фермент, изменивший ход истории

Центром внимания ученых стал фермент аденилосукцинатлиаза (АДСЛ), который играет важную роль в синтезе пурина — основного строительного блока ДНК и РНК. Этот фермент состоит из 484 аминокислот. Интересно, что единственное различие между современным вариантом ADSL, присущим Homo sapiens, и его предковой версией, найденной у вымерших гоминидов, заключается в одной аминокислоте. В позиции 429 аланин в предковой форме был заменен на валин в современном варианте.

Хотя эта замена сделала фермент менее стабильным, до недавнего времени ученые не знали, влияет ли это на его функциональность.

Эксперименты с геном ADSL

Чтобы выяснить это, команда из Окинавского института науки и технологий в Японии и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Германии провела серию экспериментов. У генетически измененных мышей с современной версией ADSL наблюдалось накопление определенных молекул в мозге, что указывало на снижение активности фермента.

Поскольку известно, что дефицит ADSL может вызывать когнитивные нарушения, исследователи решили проверить, как это изменение влияет на поведение. В ходе эксперимента мыши должны были реагировать на звуковые или визуальные сигналы, чтобы получить воду.

Интересные результаты

Результаты оказались удивительными: самки мышей с современной версией фермента быстрее и успешнее добывали воду в условиях жажды. Это может указывать на то, что небольшое изменение в ADSL способствовало улучшению принятия решений и конкурентоспособности в условиях нехватки ресурсов.

Профессор Идзуми Фукунага из Окинавского института науки и технологий отметила: "Наши результаты открывают множество вопросов. Почему только самки мышей получили конкурентное преимущество? Поведение сложное, и каждый процесс может затрагивать несколько областей мозга".

Генетические изменения и эволюция

Исследователи также изучили геномы современных людей и обнаружили, что почти у всех Homo sapiens есть набор генетических изменений в части гена ADSL, которая не кодирует белки напрямую. Эти изменения, по-видимому, были благоприятными в ходе эволюции. Интересно, что вместо повышения активности фермента, эти изменения еще больше снижают его активность, особенно в мозге.

Син-Ю Ли, соавтор исследования, пояснил, что этот фермент прошёл два этапа селекции, в результате которых его активность снизилась. Эволюционное давление заставляет снижать активность фермента, сохраняя при этом достаточный уровень для предотвращения синдрома дефицита ADSL.

Возможные последствия для Homo sapiens

Генетические данные указывают на то, что неандертальцы и денисовцы имели предковую версию ADSL, что подразумевает, что изменённая версия появилась у Homo sapiens после отделения от общей линии с другими гомининами, но до миграции из Африки. Это приводит к вопросу: могло ли это небольшое изменение в химии мозга дать Homo sapiens конкурентное преимущество?

Хотя рано переносить эти результаты на человека, это изменение могло дать нам эволюционное преимущество в решении определённых задач по сравнению с нашими предками.

Профессор Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии заключил, что начинает понимать последствия некоторых из этих изменений и разгадывать загадку того, как изменился наш метаболизм за последние полмиллиона лет. Следующим шагом станет изучение эффектов сочетания этих изменений.