На нашей планете живут группы людей и даже целые народы с уникальными особенностями, которые очень отличаются от нас с вами. Строение их внутренних органов, тканей или клеток не укладывается в среднестатистические параметры, описываемые в учебниках анатомии. А все потому, что им пришлось адаптироваться к необычной среде обитания, где большинство из нас просто не выжило бы. Кто эти люди со сверхспособностями и какая среда сформировала такие адаптации, расскажем в нашем материале.
Что такое адаптации к среде обитания
Человеческий организм – результат длительной эволюции, а появление человеческих рас – это пример адаптации Homo sapiens к разным регионам планеты с отличающимися условиями среды. Например, люди негро-австралоидной, или экваториальной расы, обитающие преимущественно в экваториальном и тропическом поясах, имеют сильно пигментированную кожу, защищающую их от обилия солнечных лучей и переизбытка витамина D. Представители же европеоидной расы, сложившейся в северных условиях Европы и Малой Азии, наоборот, обладают светлой кожей для активной выработки этого витамина, а также имеют более узкий и высокий нос, согревающий проходящий через него вдыхаемый воздух. В отличие от них представители азиатско-американской, или монголоидной расы, сформировавшейся в условиях сухих степей и пустынь тропического пояса, имеют более узкий разрез глаз и эпикантус (складка верхнего века), которые стали адаптацией к песчаным бурям.
Это самые простые примеры адаптации к абиотическим факторам среды – параметрам неживой природы, таким как температура воздуха, солнечная радиация и другие. А теперь расскажем о необычных людях, чей организм в вопросах адаптации продвинулся еще дальше.
Жители Тибета: адаптации к высокогорному климату
Не всякий альпинист-профессионал, которому покорились пики Европы и Америки, может взойти на самую высокую точку планеты – Джомолунгму (Эверест) с отметкой 8 848 метров. И причина не в недостатке мастерства, а в специфических условиях высокогорья, требующих особой адаптации.
С набором высоты атмосферное давление падает и, хотя процентное содержание кислорода остается неизменным, его парциальное давление во вдыхаемом воздухе снижается. А это означает, что и количество поступающего кислорода в организм тоже уменьшается. Например, в тибетском городе Лхаса на высоте 3 650 метров над уровнем моря парциальное давление кислорода в воздухе примерно на 40 % ниже, чем в условиях равнины на уровне моря, а на высоте 5 000 метров, как раз в тех районах Гималаев, где живут шерпы, этот показатель меньше на 50 %. Для обычного человека такие условия – прямая дорога к высотной гипоксии или горной болезни, вызванной кислородным голоданием: это состояние проявляется в учащенном сердцебиении, одышке, головной боли, и все эти признаки усиливаются по мере развития болезни.
Вдобавок ко всему в Тибете повышенный уровень ультрафиолетовой радиации и холодный засушливый климат, поэтому больших урожаев здесь никогда не бывает, а скудное питание является нормой. Но и жители Тибетского нагорья, и даже обитатели более высокогорных Гималаев – шерпы, без сопровождения которых на Эверест не отправляется ни один альпинист, чувствуют себя здесь прекрасно. В чем же секрет?
Ученые его раскрыли. Это уникальная последовательность гена EPAS 1, отвечающая за более эффективное усвоение кислорода и позволяющая решить проблему высотной гипоксии. Подобная генетическая особенность с высокой долей вероятности была унаследована предками тибетцев от денисовцев. Эти древние люди обитали на Алтае и, возможно, на территории Тибета и Юго-Восточной Азии и загадочным образом исчезли около 30 000 лет назад.
Кроме этого, у тибетцев обнаружили еще ряд генов, которые позволяют им поддерживать стабильную массу тела при скудном питании, а также синтезировать витамин фолат, жизненно необходимый женщинам для поддержания репродуктивного здоровья, уровень которого падает из-за интенсивного ультрафиолетового излучения.
Народы Арктики: адаптация к холоду и необычному питанию
Арктика – еще один специфический регион планеты с суровыми условиями для жизни и, пожалуй, здесь еще хуже, тем в Тибете. Из-за низких температур здесь не растут овощи и злаки, можно только собирать дикоросы. А единственная пища, которая доступна местным жителям на протяжении всего года, – это продукты животного происхождения с повышенным содержанием жира: мясо и кровь северных оленей, морских млекопитающих и рыба.
При таком специфическом питании с доминированием белковых и жирных продуктов у всех остальных обитателей планеты быстро появится лишний вес и избыток холестерина в крови. Ну а эскимосы, чукчи, ненцы, якуты, саамы и другие народы, обитающие в Арктике, за тысячелетия жизни в таких условиях адаптировались к ним и закрепили новые изменения в генах. Например, у них активно работает липидный тип обмена веществ, то есть организм очень быстро и эффективно перерабатывает белковую и жирную пищу, в том числе лучше усваивает жирные кислоты омега-3 и омега-6. Кроме этого, народы Арктики адаптированы к холодным температурам: бурая жировая ткань, которая есть у всех, в случае с северянами более активно вырабатывает тепло, поддерживая нужную температуру тела в условиях пониженных температур воздуха. А при обследовании коми-ижемцев, живущих на севере Западной Сибири, был обнаружен еще один адаптационный механизм – повышенная кислотность желудочного сока. Такая особенность необходима для переваривания высокобелковой пищи. Ну а чтобы сам желудок при этом не страдал от агрессивной кислотности, его стенки выделяют специальную защитную слизь.
Но такие адаптации к богатой белками и жирной пище могут работать и во вред организму: при переходе на так называемый «европейский рацион» с преобладанием углеводов обитатели Арктики страдают от ожирения и повышенного уровня сахара в крови. Именно поэтому представители коренных народов Севера имеют законодательно закрепленное право на вылов определенного количества морских млекопитающих, в том числе и краснокнижных: мясо этих диких животных является частью их традиционного рациона, необходимого для поддержания здоровья.
Люди из пустыни Атакама: адаптация к мышьяку
Мышьяк – химический элемент, являющийся канцерогеном и ядом. Его допустимое содержание в питьевой воде и продуктах питания во всем мире сегодня строго регламентировано. Но в Чили, в пустыне Атакама, в регионе Кебрада-Камаронес, живут и здравствуют люди, которые всю жизнь пьют воду, содержание мышьяка в которой более чем в 100 раз превышает нормативы, рекомендованные ВОЗ. Подземные и поверхностные водные источники в этой части Чили содержат мышьяк из-за вулканической активности, а поскольку другой воды здесь нет, то люди на протяжении тысячелетий пили то, что давала им природа. Как им удалось выжить?
Ученые Чилийского университета исследовали 150 жителей Кебрада-Камаронес и обнаружили специфический ген, который отвечает за выработку фермента арсенит метилтрансферазы. Это удивительное вещество справляется с ядовитыми природными соединениями мышьяка из питьевой воды, превращая их в менее опасные, которые не накапливаются, а выводятся из организма. Оказалось, что полезной генетической особенностью обладает 68 % жителей региона. Но так было не всегда: известно, что люди чинчорро, жившие в этом регионе около 7000 лет назад, еще не имели таких адаптаций и страдали от отравления мышьяком, на что указывает высокое содержание этого вещества в костях и волосах найденных мумий. Но за прошедшее время организм местных жителей адаптировался к смертельному яду в питьевой воде, а эта уникальная особенность закрепилась в их генах.
Морские кочевники баджо: адаптация к глубоководному погружению
Еще одни интересные люди со сверхспособностями – баджо. Это этнически разнородная группа людей, которые говорят на малайско-полинезийских языках и проживают у берегов Индонезии, Малайзии и Филиппин. Среди них есть те, кто до сих пор ведет традиционный образ жизни: строят свои дома прямо на воде, по-прежнему оставаясь кочевниками и зачастую даже не имея документов, за что их называют «морскими цыганами».
Среда обитания вблизи экватора вполне комфортна, но кочевому народу баджо понадобились необычные способности для того, чтобы нырять: они ловят рыбу на мелководье при помощи остроги или собирают кораллы, моллюсков и других обитателей рифов. Эти удивительные ныряльщики могут погружаться на несколько десятков метров и проводят под водой более 4 часов ежедневно, потому что морепродукты, которые они продают, – их единственный источник дохода.
Погружение под воду и задержка дыхания – дискомфортное состояние для человеческого организма, и он по-своему реагирует на это: для экономии кислорода замедляется сердцебиение, а селезенка выбрасывает в кровеносную систему дополнительный объем крови.
Специалисты по эволюционной генетике из Копенгагенского университета сравнили строение селезенки – органа, выполняющего стратегически важную роль в процессе ныряния, у представителей народа баджо и у народа салуан – их ближайших соседей, образ жизни которых не предполагает многочасовые ежедневные погружения под воду. Оказалось, что селезенка у баджо на 50% больше, чем у обитателей суши. А обусловлено это генетическими особенностями, в том числе и специфическим геном PDE10A, который контролирует уровень гормона тироксина, влияющего на размер селезенки. Кроме этого, у баджо более активны гены, отвечающие за экономию кислорода и сужение кровеносных сосудов во время глубоководного ныряния.
Жители тропиков: адаптации к малярии
Малярия – смертельно опасное заболевание, которое развивается на фоне заражения простейшими микроорганизмами под названием малярийный плазмодий (лат. Plasmodium falciparum). В организм человека они попадают при укусе малярийных переносчиков паразитов – комаров, которые обитают во влажных экваториальных и тропических регионах планеты: в Африке, Юго-Восточной Азии и в Южной Америке.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), больше всего страдают африканцы: в 2023 году было зарегистрировано 263 миллиона случаев заболевания малярией, и 94 % из них приходится на Африку. Наличие малярийных комаров и паразитов – это уже биотический фактор среды, и ответом на него стали различные изменения в генотипе людей, живущих бок о бок с малярийными комарами на протяжении тысячелетий.
Поскольку паразиты поражают эритроциты – клетки крови, содержащие гемоглобин, то защитные мутации связаны с изменением формы эритроцитов или с работой ферментов и направлены на то, чтобы малярийный плазмодий размножался менее активно или вообще не смог попасть внутрь эритроцита. Это разные формы гемоглобинопатии – серповидноклеточная анемия и талассемия, спасающие от летального исхода в случае тропической малярии; отсутствие антигенов Даффи, которые обеспечивают невосприимчивость к трехдневной малярии; овалоцитоз, при котором развивается устойчивость к малярии, и другие.
Наиболее показательна серповидноклеточная анемия и ее распространенность в странах Африки. Это заболевание связано с мутацией в гене HBB, отвечающем за выработку гемоглобина: при этом нарушении деформируется форма эритроцита, и малярийный плазмодий уже не может в нем размножаться. Люди с такой мутацией защищены от малярии, что особенно важно для выживаемости в детском возрасте. Но этот признак наследуется по аутосомно-рецессивному типу, то есть когда ребенок получает такие гены от обоих родителей, защиты у него уже нет, и он при этом может страдать от анемии или инфекционных заболеваний – вот такая интересная генетика.
По данным ВОЗ, распространенность признака серповидноклеточной анемии выше всего в экваториальной Африке – 10-40% от общего числа населения. В Гане и Нигерии этот показатель изменяется от 15 до 30 %, а среди людей племени баамба в Уганде таких почти половина – 45 %. А вот на крайнем юге и севере Африки такая мутация встречается всего у 1-2 % населения.
****
Баджо и тибетцы, эскимосы и африканцы племени баамба, чилийцы из пустыни Атакама и саамы с Кольского полуострова – все эти удивительные люди научились благополучно выживать там, где большинство из нас будет как минимум испытывать сильный дискомфорт. Исследования генетических особенностей, связанных с адаптациями к окружающей среде, не только чрезвычайно увлекательны сами по себе, но и позволяют пролить свет на процессы эволюции нашего вида, а также на пути расселения человека по планете. Кроме этого, такие исследования предоставляют интересные данные для практического здравоохранения, ведь факторы среды влияют и на качество жизни людей, и на ее продолжительность.
Ольга Фролова
Изображение на обложке: 和 平/Unsplash
