Мутація, яка врятувала нас від малярії, тепер допоможе антропологам

Австралопітек анамський, чиї останки знайдені в Аллія Бей, Кенія. Реконструкція виконана Олегом Осиповим для АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ.

Ми всі натхнені успіхами палеогенетики на терені вивчення еволюції людини. Правда, є одне АЛЕ: переважна більшість генетичних досліджень стосуються викопних матеріалів за межами Африки. А як же прародина людини? Землі, нашпиговані кістками наших предків - Кенія, Танзанія, ПАР? Кісток багато, а з ДНК все погано: теплі і вологі умови згубні для нуклеотидних ланцюжків. Найдавніший африканець, геном якого вдалося «помацати» - юнак з Балліто Бей, чий вік всього-то 2 тис. років.

Що ж робити дослідникам Чорного континенту? Шукати обхідні шляхи.

Крім ДНК, в кістках могли вціліти інші органічні сполуки, з яких треба постаратися отримати максимум інформації. Ми вже писали про протеомний аналіз - дослідження амінокислотного складу колагену, що зберігся в кістках стародавніх людей.

У статті, опублікованій в PNAS, пропонується метод, який поки не введений в практику, але обіцяє перспективи в майбутньому. Так вважає колектив авторів, серед яких - Мів Лікі, дружина знаменитого антрополога Річарда Ліки. У чому суть пропонованого підходу? У центрі уваги вчених - певний тип вуглеводів, званий сіаловими кислотами. Ці складні органічні сполуки входять до складу біополімерів клітин тварин і багато в чому визначають властивості клітинної поверхні. У дослідженні йдеться про одну з сіалових кислот - Neu5Gc (важкопродуктивна назва: N-гліколілнейрамінова кислота). Чим вона цікава? Тим, що синтезується в організмі ссавців... крім людини. Ген CMAH, що відповідає за синтез Neu5Gc, зламався у якогось нашого предка 2 - 3 млн років тому. Чому ця мутація поширилася у людей? Тому, що сіаловою кислотою Neu5Gc користувалися різні патогени, зокрема, малярійний плазмодій Plasmodium reichenowi, для вторгнення в клітку (саме тому цей патоген викликає малярію у шимпанзе, але небезпечний для людини). Непрацюючий варіант гена CMAH захищав від малярії, і тому поширився в популяції. Дослідження показали, що мутація на додачу створила репродуктивний бар'єр: імунна система носія інактивованого гена розпізнавала сперматозоїди, що містять Neu5Gc, як чужі, і відторгала їх. Популяція повинна була розділитися на дві неохрещувані, що складаються з Neu5Gc-позитивних і Neu5Gc-негативних особин. Останні - прямі предки сучасних людей.

Насправді Neu5Gc зустрічається в крові і тканинах людини, але в дуже маленьких («слідових») кількостях. Мабуть, вона потрапляє в наш організм з їжею, насамперед з червоним м'ясом. Дослідники провели експеримент: вивели генетично модифікованих мишей з інактивованим геном CMAH, давали їм різні продукти і спостерігали за складом крові. Невеликий відсоток Neu5Gc зустрічався в крові тільки тих гризунів, яких напихали містять цей вуглевод кормом.

Отже, якби ми змогли знайти Neu5Gc в кістках стародавніх гомінід, у нас з'явився б спосіб відрізнити наших прямих предків від їх тупикових родичів. А невеликий відсоток Neu5Gc в останках очевидних Homo вказував би на те, що ці люди вже споживали багато м'яса. Залишалося знайти спосіб, як вловити в копалини цю саму сіалову кислоту.

Евріка! Дослідники знайшли такий спосіб. Виявляється, в результаті розпаду Neu5Gc його похідна частина включається до складу хондроітінсульфату - одного з компонентів кісткової тканини. Такий варіант хондроітінсульфату позначається Gc-CS. Чи можна сподіватися, що він зберігся в викопних кістках?

Для перевірки дослідники взяли відносно «молоді» останки тварин - печерного ведмедя, мамонта і лося, віком від 12 до 50 тис. років. 100 мг зразка виявилося достатньо, щоб виявити Gc-CS. Окрилені успіхом вчені піддали аналізу 100 мг кістки Homo erectus, що жив на Яві більше мільйона років тому. На жаль! Хондроітінсульфат у зразку знайшовся, але в кількості, недостатній для аналізу.

Не заспокоївшись, вчені пішли далі. Вони проаналізували останки тварин віком близько 4 млн років (з місцезнаходження Аллія Бей на східному березі озера Туркана в Кенії, де Мів Лікі знайшла анамського австралопітека). Тільки цього разу взяли шматочки кісток побільше - п'ятиграмові. На цей раз результат виявився позитивним.

Що це нам дає? Раз Gc-CS зберігається в 4-мільйонолітніх останках, а інактивація гена CMAH трапилася 2 - 3 млн років тому, то, аналізуючи останки австралопітеків і ранніх Homo, можна спробувати зловити цей переломний момент еволюції. Копалин гомінід можна буде розділити Gc-CS - позитивних і Gc-CS - негативних, тим самим відокремлюючи гілку, що веде до сучасної людини, від вимерлих невдах. Поява «слідових» кількостей Gc-CS в останках дозволить відрізнити м'ясоїдів від вегетаріанців. Яка послідовність подій? Спочатку наші предки перестали синтезувати Neu5Gc, потім стали їсти м'ясо, або навпаки? Відповідь повинні дати дослідження африканських кісток. Особливо цікаво застосувати новий підхід до спірних копалин - типу австралопітека седіби або Homo naledi з Південної Африки. Крім того, хочеться протестувати азіатських стародавніх Homo, щоб зрозуміти: коли їх предки покинули Африку? До фатальної мутації (тобто до 2 млн років тому) чи після? Все це можна буде зробити... у майбутньому, коли метод вдосконалять. Поки що необхідний зразок - 5 грамів - занадто великий, і це ускладнює застосування методики до рідкісних і цінних останків давніх гомінід. Що ж, автори сподіваються, що їм вдасться довести методику до досконалості, і в недалекому майбутньому протестувати на якихось копалин людей, які залишили нам багато кісток. Наприклад, підійдуть Homo georgicus з Дманісі. Або згадані криги. На півтори тисячі кісток 5 грамів для аналізу точно знайдеться.