Эволюция в реальном времени в Тибете или как женщинам пришлось приспосабливаться к недостатку кислорода

Эволюция — это постоянный процесс. Люди, например, все еще находятся в процессе изменения, чтобы привыкнуть к различным средам, в которых они обитают, и справиться с экологическими проблемами, которые эти места создают. Поэтому одни из лучших мест для наблюдения за этим явлением часто находятся в самых неблагоприятных условиях. Например, на очень большой высоте каждый глоток воздуха не вполне удовлетворяет потребности нашего организма. Однако в Тибете женщины, живущие на высокогорном плато с низким уровнем кислорода, выживают и процветают уже более 10 000 лет... но как? Команда из Западного резервного университета Кейза (Кливленд, Огайо, США) решила разгадать эту загадку и выяснить, как физиологическая адаптация этих женщин позволила им эффективно размножаться в условиях недостатка кислорода.

Адаптация к жизни на высоте (Тибет и т.д.): немного истории

Изучение того, как естественный отбор влияет на адаптивные черты, требует объединения данных по генетике, физиологии, социокультурным факторам и репродуктивной истории. По этой причине человеческие сообщества, подвергающиеся стрессу в течение длительного времени, например, живущие в гипоксических условиях на большой высоте (при недостатке кислорода), идеально подходят для исследователей.

Тибетцы подвергались воздействию высокогорных условий на протяжении тысяч лет и имеют отличительные биологические характеристики, связанные с распределением кислорода, которые помогают им ежедневно адаптироваться к гипоксии. К ним относятся низкая концентрация гемоглобина, высокая вентиляция, высокий кровоток и низкое давление в легочных артериях, что отличает их от других групп, которые также живут на большой высоте, например, от андцев.

Репродуктивная способность на высоте: удивительный случай в Тибете

В то время как беременность в высокогорных регионах связана с повышенным риском низкого веса при рождении и преэклампсии, что, в свою очередь, увеличивает младенческую и материнскую смертность, это совсем не так среди женщин Тибета, которые, как оказалось, имеют более успешные беременности. В новом исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые раскрывают, как специфические генетические и сердечно-сосудистые особенности дают этим женщинам преимущество в выживании и процветании на большой высоте над уровнем моря.

Синтия Билл, ведущий автор исследования и профессор американского университета, говорит, что эти выводы могут не только пролить свет на впечатляющую жизнестойкость тибетских женщин, но и дать ценные знания о том, как люди могут адаптироваться в экстремальных условиях. Эти данные могут помочь науке в решении будущих экологических проблем и пролить свет на патобиологию людей, страдающих от заболеваний, связанных с гипоксией, на любой высоте над уровнем моря. «Понимание того, как адаптируются подобные популяции, позволяет нам лучше понять процессы эволюции человека», — добавляет Билл.

Случай с женщинами в Тибете

Тибетские женщины часто рожают более тяжелых детей и демонстрируют более высокий уровень насыщения кислородом, более низкую концентрацию гемоглобина и лучшую маточную циркуляцию, чем мигранты в высокогорных регионах. Эти черты ассоциируются с большим количеством живорождений, что позволяет предположить, что естественный отбор действует на распределение кислорода. У тибетцев признаки отбора проявляются в нескольких генах, которые важны для реакции организма на гипоксию.

Чтобы выяснить это, исследователи более детально изучили, как сердечно-сосудистые, гематологические и дыхательные характеристики у 417 тибетских женщин в возрасте от 46 до 86 лет связаны с их репродуктивным успехом, измеряемым количеством живорождений. Они также оценили генетические механизмы, лежащие в основе этих характеристик. Более конкретно, изучаемая популяция состояла из этнически тибетских женщин, непальских граждан, которые проживали в деревнях, расположенных на высоте от 3500 до 4100 метров над уровнем моря в Тибете. В исследование вошли только те из них, которые были замужем или беременны и прожили всю свою жизнь в районе Верхнего Мустанга.

Очень показательные результаты

417 женщин сообщили о 2 193 беременностях, в результате которых родилось 2 076 живых детей, 46 мертворожденных и 71 выкидыш. В среднем у них было 5,3 беременности и 5,2 живорождения, от 0 до 14 живорождений. Работая с медсестрами из этнических тибетцев и научными ассистентами из Непала, команда из США собрала информацию о физиологии женщин, репродуктивной истории, различных социальных факторах, а также взяла образцы ДНК. Цель состояла в том, чтобы изучить, как особенности распределения кислорода влияют на количество живорождений у этих матерей.

Результаты показали, что женщины, родившие больше всего детей, обладали уникальными особенностями крови и сердца, обеспечивающими доставку кислорода. Хотя уровень гемоглобина (белка в красных кровяных тельцах, переносящего кислород) у них был близок к среднему по выборке, насыщенность крови кислородом была выше. Это означает, что их кровь более эффективно доставляет кислород к клеткам, не сгущаясь, что могло бы создать большую нагрузку на сердце.

Генетический анализ также показал, что этот признак, вероятно, возник у денисовцев, живших в Сибири около 50 000 лет назад. Этот признак также является вариацией гена EPAS1, который является уникальным для этих народов и регулирует концентрацию гемоглобина. Исследователи также обнаружили, что эти женщины обладают другими признаками, которые улучшают кровоснабжение легких и увеличивают желудочки сердца.

Естественный отбор в лучшем виде

Женщины, которые рожают живых детей, передают свои черты следующему поколению. Черты, обеспечивающие максимальный успех особи в данной среде, чаще всего встречаются у женщин, способных пережить стресс беременности и родов. У таких женщин больше шансов родить больше детей, и эти дети (унаследовавшие черты выживаемости своих матерей) также с большей вероятностью выживут во взрослой жизни и передадут эти черты следующему поколению. Это и есть естественный отбор в действии.

В целом, эффективные системы переноса кислорода необходимы для репродуктивного успеха и выживания в высокогорных регионах, и это исследование предлагает увлекательный взгляд на адаптацию человека к гипоксии и естественный отбор. Это исследование, с которым можно ознакомиться здесь, также подчеркивает сложное взаимодействие между генетикой, физиологией и адаптацией к окружающей среде, наглядно демонстрируя, что поддержание эффективной доставки кислорода является многофакторной задачей, на которую влияет широкий спектр сердечно-сосудистых признаков.