Человек — дитя почвы: химический состав Земли формировал наши гены

Наш организм нуждается в микронутриентах — витаминах и минералах, которые обеспечивают работу всех физиологических систем. Однако влияние этих веществ выходит далеко за пределы биохимии: как показало новое исследование учёных из Университетского колледжа Лондона (UCL), именно они могли сыграть важную роль в эволюции человека.

Результаты, опубликованные в The American Journal of Human Genetics, демонстрируют, что нехватка или избыток определённых минералов на протяжении тысячелетий создавали давление на гены, заставляя разные популяции приспосабливаться к особенностям окружающей среды.

Как микронутриенты влияли на отбор

Микронутриенты — это "строительные кирпичики" нашего здоровья. Они необходимы в малых количествах, но без них невозможно нормальное функционирование клеток, нервной системы и обменных процессов. Дефицит таких веществ чаще всего встречается в странах с низким и средним уровнем дохода, где рацион ограничен, а состав почвы обеднён.

Учёные предположили, что постоянная нехватка микроэлементов могла влиять на эволюцию — формируя гены, обеспечивающие лучшую усвояемость или защиту от токсичности минералов.

"Мы провели комплексное моделирование, чтобы оценить, какие из опубликованных в настоящее время методов обладают наибольшей эффективностью в выявлении положительного отбора", — рассказала Жасмин Рис, исследователь из Университетского колледжа Лондона.
"Из этих симуляций мы выбрали два метода: один выявляет различия между популяциями, другой отслеживает быстрый рост частоты отдельных вариантов", — добавила она.

Методы и масштабы исследования

Команда Рис изучила 276 генов, связанных с усвоением и обменом 13 ключевых минералов: селена, меди, железа, магния, цинка, натрия, кальция, йода, хлорида, калия, фосфора, марганца и молибдена. Для анализа использовались генетические данные из открытых баз, охватывающих разные регионы мира.

Учёные искали признаки положительного отбора - естественного процесса, когда определённые генетические варианты становятся более распространёнными, потому что дают преимущество для выживания.

"Когда в наборе генов присутствуют сигнатуры, где все гены имеют общую функцию, это более весомый аргумент в пользу позитивного отбора", — пояснила Рис.

Результаты показали, что для каждого из 13 минералов хотя бы в одной популяции найдены следы адаптации.

Минералы, которые изменили человека

Йод: адаптация к бедным почвам

В Центральной Америке у народа майя обнаружены гены, связанные с усвоением йода — вероятно, ответ на бедные йодом почвы региона.

"В Центральной Америке у майя наблюдаются убедительные доказательства генетических изменений в генах, связанных с регуляцией йода", — сказала Рис.

Похожие результаты выявлены у народа мбути в Центральной Африке — также живущего в районах с низким содержанием йода. Эти генетические адаптации могли помочь уменьшить риск зоба и других нарушений щитовидной железы.

Магний: защита от избытка

Два гена — FXYD2 и MECOM - показали признаки адаптации у жителей Центральной и Южной Азии, где почва богата магнием. Такие изменения могли снизить усвоение минерала и защитить от токсичности.

Общие тенденции

Исследование подтвердило: на протяжении истории человек адаптировался не только к климату или патогенам, но и к минеральному составу окружающей среды.