Разгадана тайна мозга, которая отделила человека от неандертальца

Что, если ключ к нашему интеллектуальному превосходству над другими видами древних людей скрывался в мельчайшей детали биохимии мозга? Новое исследование предполагает, что именно так и было.

Одна аминокислота — огромные последствия

В центре внимания учёных оказался фермент аденилосукцинатлиаза (АДСЛ), играющий важную роль в синтезе пуринов — основы ДНК, РНК и других ключевых молекул. У современных людей и вымерших гоминидов, таких как неандертальцы и денисовцы, этот фермент почти идентичен. Почти — но не совсем.

Разница всего в одной аминокислоте: на 429-й позиции аланин сменился на валин. Казалось бы, мелочь. Но именно это изменение сделало фермент менее стабильным. Долгое время оставалось загадкой, как это отражается на его функции.

Эксперименты на мышах: неожиданные результаты

Чтобы выяснить это, международная команда учёных из Окинавского института науки и технологий (Япония) и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия) провела эксперименты с генетически модифицированными мышами.

Оказалось, что у мышей с "человеческой" версией ADSL в мозге накапливались определённые молекулы из-за сниженной активности фермента. Это натолкнуло исследователей на мысль проверить, как это влияет на поведение.

Мышей научили получать воду, реагируя на звук или свет. И вот что удивительно: самки с современной версией ADSL справлялись с задачей значительно быстрее, особенно в условиях жажды. Это наводит на мысль, что изменение могло улучшить способность принимать решения в стрессовых ситуациях.

"Наши результаты открывают множество вопросов. Например, непонятно, почему только самки мышей, по-видимому, получили конкурентное преимущество. Поведение сложное. Умелый доступ к воде включает в себя обработку сенсорной информации, понимание того, какие действия приводят к вознаграждению, управление социальным взаимодействием, планирование движений и многие другие процессы. Каждый из этих процессов может затрагивать несколько областей мозга. Поэтому необходимы дополнительные исследования, чтобы понять роль ADSL в поведении", — заявила профессор Идзуми Фукунага из Окинавского института науки и технологий.

Двойной эволюционный удар

Углубившись в геномы людей, исследователи обнаружили ещё один интересный факт: у современных Homo sapiens есть дополнительные мутации в гене ADSL, которые ещё сильнее снижают активность фермента — особенно в мозге.

"Этот фермент прошёл два отдельных этапа селекции, в результате которых его активность снизилась: сначала за счёт изменения стабильности белка, а затем за счёт снижения его экспрессии. Очевидно, эволюционное давление вынуждает снизить активность фермента настолько, чтобы обеспечить эффекты, которые мы наблюдали у мышей, но при этом сохранить его активность достаточной для предотвращения синдрома дефицита ADSL", — пояснил соавтор исследования Син-Ю Ли из OIST.

Когда и почему это произошло?

Генетические данные показывают, что неандертальцы и денисовцы имели более древнюю версию ADSL. Это значит, что мутация возникла уже после отделения нашей ветви от общего предка, но до миграции современных людей из Африки.

Учёные предполагают, что именно это небольшое биохимическое изменение могло дать Homo sapiens важное эволюционное преимущество — возможно, в скорости принятия решений или адаптации к меняющимся условиям.

"Пока рано переносить эти результаты непосредственно на человека, поскольку нейронные цепи мышей существенно отличаются. Но эта замена могла дать нам некоторое эволюционное преимущество в решении определённых задач по сравнению с нашими предками", — отметил Сян-Чунь Цзюй из OIST.

Что дальше?

ADSL — лишь один из нескольких ферментов, изменившихся в ходе эволюции человека. Учёные только начинают понимать, как эти метаболические сдвиги повлияли на наше развитие.

"Мы начинаем понимать последствия некоторых из этих изменений и, таким образом, вместе разгадывать загадку того, как изменился наш метаболизм за последние полмиллиона лет нашей эволюции. Следующим шагом станет изучение того, какие эффекты могут оказывать сочетания этих изменений", — заключил профессор Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка.