Не всі африканці однаково чорні. Генетики вивчають еволюцію кольору шкіри

А: рівень меланіну в різних людських популяціях (чим темніше гурток, тим більше меланіну в шкірі). B: середня інтенсивність ультрафіолетового випромінювання в різних точках Землі.

Які гени відповідають за колір нашої шкіри? Вченим добре відомий меланокортиновий рецептор 1 (MC1R). Цим геном особливо зацікавилися, коли з'ясували, що він не функціонує у рижеволосих людей. Ще в 2000 році генетики встановили, що варіанти MC1R різноманітні за межами Африки, однак на території чорного континенту ген знаходиться під тиском жорсткого стабілізуючого відбору, який відсіює будь-які мутації, що впливають на синтез пігменту в шкірі. Отримані знання відповідали уявленням про африканську прародину людини, а також про важливу роль темної шкіри поблизу екватора - пігмент меланін захищав людей від згубних доз ультрафіолетової радіації. У високих широтах, куди наші предки прийшли близько 50 тис. років тому і де ультрафіолету менше, відбір пішов в іншому напрямку - в бік світлокожесті. Адже сонячна радіація необхідна для синтезу в шкірі вітаміну D₃, без якого людині загрожує рахіт.

Але така струнка теорія не пояснювала того, чому і всередині Африки колір шкіри сильно варіює - від найтемнішого на планеті у східноафриканських скотарів, до відносно світлого у бушменів на півдні. Звичайно, генетики розуміли, що насправді за шкірну пігментацію відповідає не один, а безліч генів. У тварин таких генів виявлено понад 350, але які з них важливі для людини і як їх варіації відбиваються на відтінках шкірних покривів? Це питання і вирішив з'ясувати великий колектив вчених, чия стаття тільки що опублікована в Science.

Нагадаємо, що різні види пігменту меланіну виробляються особливими органелами - меланосомами, що знаходяться в пігментних клітинах - меланоцитах. Від розміру меланосом, їх розподілу і кількості виробленого меланіну залежить, наскільки темною буде наша шкіра. Меланін володіє властивістю поглинати і розсіювати сонячну радіацію. Треба додати, що у людини зустрічається два типи меланіну - еумеланін (темний пігмент) і феомеланін (червонувато-жовтий). Їх комбінація дає різні відтінки волосся, очей і шкіри. Наприклад, рижеволосість - це коли феомеланіну багато, а еумеланіну майже немає.

Дослідники зібрали дані про 2 тис. жителів Ефіопії, Танзанії і Ботсвани. Для кожного фіксувався колір шкіри на внутрішній стороні руки. Крім того, 1570 африканців з цієї бази даних були генотиповані. Потім фахівці почали шукати залежності між генетичними варіантами і шкірною пігментацією. Генетикам вдалося виявити 4 області в геномі, мутації в яких, ймовірно, впливали на колір шкіри. Для подальшого дослідження використовували дані проекту «Тисяча геномів», що дозволило підключити до аналізу геноми жителів Західної Африки, Євразії, Австралії та Меланезії.

Основна частина статті містить опис того, які варіації в цих ділянках геному асоціюються з темною або світлою пігментацією, які з цих алелей предкові, а які - більш молоді, і як давно вони могли виникнути у людини.

Ділянка, мутації в якій найсильніше впливають на відтінок шкіри, знаходиться на хромосомі 15 і захоплює ген SLC24A5. Мутація в цьому гені, пов'язана зі світлою шкірою, поширена в Європі, Пакистані і на півночі Індії. Цікаво, що цей варіант знайшовся з високою частотою (до 50%) в деяких популяціях Східної Африки «афро-азійського походження», а також з частотою 5 - 11% у південноафриканських сан і банту.

Генетики розрахували, що євразійські популяції, що несуть даний алель, розділилися 29 тис. років тому, і припустили, що в Африку цей варіант потрапив в результаті потоку генів з Євразії в останні 3 - 9 тис. років. Однак його частота в деяких групах перевищує передбачуваний відсоток «неафриканської домішки», що говорить про позитивний відбір.

Ще одна важлива ділянка геному, виявлена в дослідженні, знаходиться на хромосомі 19 і містить ген MFSD12. Порушення роботи цього гена призводять до хвороби вітиліго (при якій окремі ділянки шкіри повністю позбавлені пігментації).

Дві «просунуті» мутації MFSD12, пов'язані з темною пігментацією, зустрічаються тільки в африканців, найчастіше - у ніло-цукрових народів. Аналіз показав, що один з цих алелей виник близько 600 тис. років тому. Ще два «темні» поліморфізми звичайні для африканців (крім бушменів), а також поширені у південних азіатів і австрало-меланезійців. Генетики дійшли висновку, що обидва ці варіанти дісталися мешканцям Австралії та Меланезії від африканських предків, а виникли майже 1 млн років тому!

Два предкових поліморфізми в цій же ділянці - асоційованих зі світлою шкірою - зустрічаються майже у всіх європейців і східних азіатів, а також часті у бушменів, у ефіопських і танзанійських популяцій афро-азіатського походження.

Аналіз показав, що у популяцій з африканським корінням ген MFSD12 працює менш активно, ніж у інших. Далі генетики провели експеримент: вони взяли меланоцити мишей і придушили в них експресію мишиного варіанту MFSD12. Досвід призвів до того, що вміст еумеланіну в пігментних клітинах мишей зріс на 30 - 50%. Коли ж ген вимкнули зовсім - вийшли миші з однорідним сірим хутром, в результаті повної відсутності феомеланіну. Е: ліворуч - дикий тип миші (забарвлення «агуті»), праворуч - мутант з вимкненим геном MFSD12.

Вчені на цьому не заспокоїлися, вони провели схожі досліди на рибках даніо-реріо, у яких є родинний MFSD12 ген, і теж домоглися зміни забарвлення.

Отже, зниження активності гена MFSD12 призводить до зростання вмісту еумеланіну, а відключення - до припинення синтезу феомеланіну. Як все непросто!

Подібним чином у статті розглядається ще дві ділянки - на 11-й хромосомі, що містить ген DDB1 (відповідає за відновлення ДНК після пошкоджень - мутації в ньому пов'язані з ризиком меланоми), і на хромосомі 15, що включає відразу 2 гена - OCA2 (поломки цього гена призводять до альбінізму) і HERC2.

Нарешті, автори оцінили загальний внесок знайдених генетичних варіантів у ступінь африканської «темношкірої» - вийшло 28,9%. Тобто близько 29% мінливості кольору шкіри африканців залежить від мутацій у виявлених областях геному. Вчені роблять висновок, що генетично пігментація влаштована простіше, ніж, наприклад, така характеристика людини, як зростання (простіше - значить, менше генів, що сильно впливають на цю ознаку). І ще: більшість знайдених генетичних варіантів знаходяться в некодуючих ділянках ДНК. Значить, у тому, якого відтінку наша шкіра, важливу роль відіграють гени-регулятори.

Ну, і кілька найбільш цікавих висновків.

По-перше, більшість алелей, пов'язаних з темною і світлою пігментацією шкіри, в людському генофонді з'явилися понад 300 тис. років тому - тобто ще до виникнення людини сучасного виду.

По-друге, ми почали з того, що у гена MC1R в Африці майже немає варіацій. Нове дослідження показує зовсім іншу ситуацію: варіанти досліджуваних генів MFSD12, DDB1, OCA2 і HERC2 у африканців дуже різноманітні. Більш того, приблизно половина предкових (тобто вихідних) варіантів асоціюється зі світлою пігментацією. До речі, у неандертальців і денисівців за всіма вивченими позиціями знаходяться предкові варіанти.

На думку авторів, така складна картина узгоджується з уявленнями, що темна шкіра - ознака, придбана нашими, вихідно світлошкірими предками... На цьому місці расисти повинні радісно закивати, але прошу дочитати фразу до кінця: темна шкіра - ознака, придбана нашими, вихідно світлошкірими предками близько 2 млн років тому, коли вони втратили захисний волосяний покрив. Коли густа шерсть перестала охороняти нащадків австралопитеків від вражаючої дії ультрафіолету, вони потемніли - хоча, ймовірно, спочатку були не такі чорні, як деякі сучасні африканці.

«Світла і темна пігментації продовжували еволюціонувати всю історію гомінід».

Дослідження також показало, що південні азіати та австралоїди отримали темну шкіру безпосередньо у спадок від африканських предків. Можливо, інші риси, спільні для африканців і для східних екваторіалів з Австралії та Океанії, теж мають єдину генетичну природу, а не з'явилися в результаті паралельної еволюції.

Автори розуміють, що знайденими генетичними варіантами картина не вичерпується. Майбутні дослідження, в які потраплять представники більшої кількості африканських (і не тільки) популяцій, дадуть нову інформацію і, швидше за все, ще більше ускладнять картину. Продовження слідує.