Воздействие свинца в древности могло повлиять на эволюцию человеческого мозга

от

Международное исследование изменило представление о том, что воздействие токсичного металла свинца является преимущественно постиндустриальным явлением. Работа показывает, что предки человека периодически подвергались воздействию свинца на протяжении более двух миллионов лет, и этот токсичный металл мог повлиять на эволюцию мозга гоминидов, их поведение и даже развитие языка.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances

Под руководством исследователей из группы Geoarchaeology and Archaeometry Research Group (GARG) в Университете Южного Креста (Австралия), Департамента экологической медицины в Медицинской школе Икана при больнице Маунт-Синай (Нью-Йорк, США) и Школы медицины в Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD, США) учёные объединили новейшие данные по геохимии ископаемых, передовые эксперименты с органоидами мозга и пионерские исследования в области эволюционной генетики, чтобы раскрыть удивительную историю о роли свинца в истории человечества.

Воздействие свинца на предков человека

До сих пор учёные полагали, что воздействие свинца было в основном современным явлением, связанным с человеческой деятельностью, такой как добыча полезных ископаемых, плавка и использование этилированного бензина и краски. Проанализировав 51 ископаемый зуб представителей видов гоминидов и человекообразных обезьян, включая австралопитека африканского, парантропа робустуса, ранних представителей рода Homo, неандертальцев и Homo sapiens, команда обнаружила чёткие химические признаки периодического воздействия свинца, уходящего корнями почти на два миллиона лет назад.

Используя высокоточную лазерную абляцию в лаборатории GARG при Университете Южного Креста (расположенной в Лисморе, штат Новый Южный Уэльс) и на современных объектах в больнице Маунт-Синай, исследователи обнаружили в зубах характерные «свинцовые полосы», образовавшиеся в детстве, когда росла эмаль и дентин. Эти полосы свидетельствуют о повторных эпизодах поглощения свинца из различных источников окружающей среды (таких как загрязнённая вода, почва или вулканическая активность) и из собственных запасов свинца в костях, высвобождаемых во время стресса или болезни.

Профессор Реноан Жоаннес-Бойау, руководитель исследовательской группы GARG в Университете Южного Креста, сказал: «Наши данные показывают, что воздействие свинца было не просто продуктом промышленной революции — оно было частью нашего эволюционного ландшафта. Это означает, что мозг наших предков развивался под влиянием мощного токсичного металла, который, возможно, формировал их социальное поведение и когнитивные способности на протяжении тысячелетий».

Влияние на развитие мозга

Команда также обратилась к лаборатории, чтобы изучить, как это древнее воздействие могло повлиять на развитие мозга. Используя органоиды мозга человека — миниатюрные, выращенные в лаборатории модели мозга — они сравнили влияние свинца на две версии ключевого гена развития, называемого NOVA1, гена, известного тем, что он регулирует экспрессию генов при воздействии свинца во время развития нервной системы. Современная версия гена NOVA1 у человека отличается от той, что обнаружена у неандертальцев и других вымерших гоминидов, но до сих пор учёные не знали, почему эта перемена произошла.

Профессор Алиссон Муотри, профессор педиатрии/клеточной и молекулярной медицины и директор Института стволовых клеток Санфорда в Центре орбитальных исследований интегрированных космических стволовых клеток в Калифорнийском университете в Сан-Диего, сказал: «Эти результаты предполагают, что наш вариант NOVA1 мог обеспечить защиту от вредных неврологических эффектов свинца».

«Это выдающийся пример того, как давление окружающей среды, в данном случае токсичность свинца, могло привести к генетическим изменениям, которые улучшили выживаемость и нашу способность общаться с помощью языка, но которые теперь также влияют на нашу уязвимость к современному воздействию свинца», — добавил профессор Муотри.

Генетические и протеомные анализы в этом исследовании показали, что воздействие свинца в органоидах с архаичным вариантом гена NOVA1 нарушало пути, участвующие в развитии нервной системы, социальном поведении и коммуникации. В частности, изменённая активность FOXP2 указывает на возможную связь между древним воздействием свинца и эволюционным совершенствованием языковых способностей у современных людей.

Профессор Маниш Арора, профессор и заместитель председателя кафедры экологической медицины, сказал: «Это исследование показывает, как наше воздействие окружающей среды сформировало нашу эволюцию».

«С точки зрения межвидовой конкуренции наблюдение того, что токсическое воздействие может обеспечить общее преимущество в выживании, предлагает новую парадигму для экологической медицины, чтобы изучить эволюционные корни расстройств, связанных с воздействием окружающей среды», — добавил профессор Арора.

Хотя сегодня воздействие свинца в основном связано с человеческой промышленностью, оно остаётся серьёзной проблемой глобального здравоохранения, особенно для детей. Результаты подчёркивают, насколько глубоко переплелись экологические токсины и биология человека, и предупреждают, что наша уязвимость к свинцу может быть унаследованным наследием нашего прошлого.

Профессор Жоаннес-Бойау добавил: «Наша работа не только переписывает историю воздействия свинца, но и напоминает нам, что взаимодействие между нашими генами и окружающей средой формировало наш вид на протяжении миллионов лет и продолжает это делать».

Исследование проанализировало ископаемые зубы из Африки, Азии, Европы и Океании, используя передовые геохимические карты для выявления закономерностей воздействия свинца на детей. Лабораторные эксперименты с органоидами мозга, несущими современные или архаичные гены NOVA1, изучали влияние свинца на развитие мозга, уделяя особое внимание FOXP2, гену, центральному для речи и языка. Генетические, транскриптомные и протеомные данные были объединены для создания полной картины того, как свинец мог повлиять на эволюцию социального поведения и познания гоминидов.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте