Эволюционный секрет Homo sapiens: крошечная мутация в мозге — и мы победили неандертальцев

Иногда для эволюционного скачка достаточно крошечной детали. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что замена всего одной аминокислоты в ферменте мозга могла дать Homo sapiens преимущество над неандертальцами и денисовцами.

Молекулярная особенность Homo sapiens

Речь идёт о ферменте аденилосукцинатлиазе (ADSL) — ключевом участнике синтеза пуринов, строительных блоков ДНК, РНК и других важнейших молекул. Он состоит из цепочки из 484 аминокислот, и единственное отличие современной версии от предковой, обнаруженной у вымерших гоминидов, — это замена в позиции 429: аланин сменился на валин.

Такое изменение делает фермент немного менее стабильным, и долгое время оставалось непонятно, влияет ли это на его функцию.

Эксперимент на мышах

Учёные из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка решили проверить гипотезу. Они ввели современную версию ADSL в геном лабораторных мышей и заметили накопление определённых молекул в мозге, вызванное сниженной активностью фермента.

Так как сильный дефицит ADSL у людей сопровождается когнитивными нарушениями, исследователи проверили, меняется ли поведение животных. В эксперименте мыши должны были реагировать на звуковой или визуальный сигнал, чтобы получить воду.

Результат: самки с "человеческой" версией фермента быстрее и успешнее добывали воду в условиях жажды. Это может говорить о более эффективном принятии решений или повышенной конкурентоспособности при ограниченных ресурсах.

"Наши результаты открывают множество вопросов. Например, непонятно, почему только самки мышей получили преимущество. Поведение — это комплексный процесс, в котором задействованы сенсорная обработка, планирование движений, социальное взаимодействие и многое другое. Поэтому нужны дополнительные исследования, чтобы понять роль ADSL в поведении", — отметила профессор Идзуми Фукунага.

Два этапа эволюционного отбора

Геномный анализ современных людей показал: почти у всех есть набор изменений в некодирующей части гена ADSL, появившихся уже после мутации в аминокислотной последовательности. Интересно, что эти изменения ещё сильнее снижают активность фермента, особенно в мозге.

"Фермент прошёл два этапа селекции: сначала изменилось строение белка, затем — снизилась экспрессия гена. Очевидно, эволюционное давление стремилось уменьшить активность фермента ровно настолько, чтобы получить полезный эффект, не доводя до патологий", — пояснил Син-Ю Ли.

Когда это произошло

Неандертальцы и денисовцы имели предковую версию ADSL, что означает: новая форма фермента возникла уже после разделения Homo sapiens с другими гомининами, но до выхода наших предков из Африки.

Учёные предполагают, что именно эта крошечная перестройка в биохимии мозга могла дать людям современного типа тонкое, но важное конкурентное преимущество, сыгравшее роль в вытеснении других видов.