Еволюційні генетики відзначають природний відбір, що відбувається зараз у людей
Людська еволюція може здатися феноменом далекого минулого, який поширюється тільки на наших предків, що живуть мільйони років тому. Але людська еволюція триває. Щоб еволюціонувати, просто означає, що мутації - випадкові зміни генів, які зазвичай відбуваються в процесі копіювання ДНК, - стають все більш-менш поширеними в популяції з плином часу.
Ці зміни можуть статися випадково, тому що окремі особи, які відтворили, мали певну мутацію дещо частіше, ніж люди, у яких не було дітей. Вони також можуть статися через природного відбору, коли носії конкретної мутації краще здатні вижити, розмножуватися або схилятися до членів своєї сім'ї, і, отже, залишають більше нащадків. Кожна біологічна адаптація, від здатності людей ходити вертикально на двох футах до польотів в птахах, в кінцевому рахунку, повертається до природного відбору, що діє на ці хвилинні зміни, покоління за поколінням.
Отже, люди виразно все ще розвиваються. Питання полягає в тому, адаптуємо ми ще: особи, які несуть шкідливі мутації, які живуть менш довго, відтворюючи менше - в кінцевому підсумку залишаючи менше нащадків? Наприклад, жахливе зір, можливо, було основним недоліком для життя, що живуть на савані, але з окулярами і лазерною хірургією це навряд чи завадить людям жити довгим життям. Як часто тоді мутації під селекцією у сучасних людей?
Тривала шкала часу робить складним дослідження
Оскільки адаптація включає крихітні зміни в частотах мутацій з покоління в покоління, і їх стан розігрується протягом десятків і сотень тисяч років, їм неймовірно важко вчитися безпосередньо - принаймні, в довгоживучих організмах, таких як люди.
Таким чином, незважаючи на те, що існують величезні докази еволюції людини і недвозначні сліди адаптації в геномі, рідко вчені змогли безпосередньо спостерігати природний відбір, діючий у людей. В результаті, біологи все ще дуже мало розбираються в роботі по природному відбору людей.
Дійсно, один з найяскравіших слідів минулого адаптації в геномі людини включає мутацію, яка дозволяє перетравлювати молоко у доросле життя. Ця мутація в гені лактази швидко росла з ростом фертильності молочної промисловості тисячі років тому, незалежно від декількох популяцій. Це причина, по якій деякі люди можуть пити молоко як дорослі, тоді як більшість з них залишається нестерпним лактозою.
Але навіть в цьому добре вивченому випадку, не кажучи вже про решту частини генома, дослідники не знають, чи була мутація корисною для виживання або для розмноження; чи були переваги однаковими для обох статей або для будь-якого віку; або залежить від вигоди від навколишнього середовища (наприклад, наявність інших джерел їжі). Як зазначив еволюційний біолог Річард Левонтін в 1960-х роках, для вивчення цих властивостей природного відбору буде потрібно масове дослідження, в якому генетична і генеалогічна інформація буде отримана для сотень тисяч людей.
Через п'ятдесят років наша група зрозуміла, що цей уявний експеримент починає ставати можливим. Ми шукали великі біомедичні набори даних, які дозволили б нам дізнатися про мутації, які впливають на виживання.
Дивлячись на частоту генів за віковими групами
Наша основна ідея полягала в тому, що мутації, які знижують ймовірність виживання, повинні бути присутніми на більш низькій частоті у літніх людей. Наприклад, якщо мутація стає шкідливою у віці 60 років, люди, які її несуть, мають більш низький шанс вижити протягом 60 років, а мутація повинна бути менш поширена серед тих, хто живе довше, ніж це.
Тому ми шукали мутації, які змінюються по частоті з віком близько 60 000 чоловік з Каліфорнії (частина когорти GERA) і близько 150 000 з U.K. Biobank. Щоб уникнути ускладнень, коли люди, чиї предки жили в різних місцях, мали дещо інший набір мутацій, ми зосередилися на найбільшій групі із загальною родоводу в кожному дослідженні.
Через геном ми виявили два варіанти, які загрожують виживанню. Перший варіант - це варіант гена APOE, який є відомим фактором ризику розвитку хвороби Альцгеймера. Він падає з частотою вище 70. Другий шкідливий варіант, який ми виявили, є мутацією в гені CHRNA3. Пов'язана з важким курінням, ця успадкована мутація починає зменшуватися по частоті в середньому віці у чоловіків, тому що носії цієї мутації менш схильні виживати довше.
Люди, які несуть варіант гена APOE, вмирають вищими темпами і менш поширені серед категорій похилого віку. Зображення: Mostafavi et al, PLOS Biology, CC BY
Обидва несприятливих варіанти мали ефект тільки після типових вікових груп розмноження як для жінок, так і для чоловіків. Біологи зазвичай вважають, що такі мутації не підпадають під вибір. Зрештою, до кінця середнього віку більшість людей вже передали свої гени всім тим нащадкам, які у них будуть, тому здається, що не має значення, як довго вони живуть за межами цього моменту.
Чому ж тоді ми знайдемо тільки два, коли наше дослідження буде досить великим, щоб виявити будь-якої такий варіант, якщо він поширений серед населення? Одна з можливостей полягає в тому, що мутації, які виживають тільки в такому віці, майже ніколи не виникають. Хоча це можливо, геном - велике місце, тому це здається малоймовірним.
Інша інтригуюча можливість полягає в тому, що природний відбір не дозволяє навіть варіантів пізнього дії стати звичайним для населення природним відбором, якщо вони мають досить великими ефектами. Чому це може бути так? По-перше, чоловіки можуть батьківських дітей в старості. Навіть якщо тільки невелика частина з них зробить це, може бути досить еволюційної вартості придатності для вибору, щоб діяти. Виживання, яка не залежить від віку розмноження, також може бути корисною для виживання пов'язаних осіб, які несуть одні й ті ж мутації, більшість безпосередньо дітей. Іншими словами, ті, що вижили в минулому типові періоди репродуктивного віку можуть бути корисні для людей врешті-решт. Курці, які несуть мутацію в гені CHRNA3, схильні курити більше сигарет на день і тому більш схильні до шкідливого впливу куріння.
Ваші мутації впливають на ваше виживання
На додаток до розгляду однієї мутації за раз, ми також були зацікавлені в розгляді наборів мутацій, які, як було показано, впливають на одну і ту ж рису і можуть мати дуже тонкі ефекти на виживання індивідуально. Наприклад, дослідники визначили приблизно 700 спільних мутацій, які впливають на висоту, кожен з яких не перевищує міліметри. З цією метою ми розглянули від десятків до сотень мутацій, які формують зміна в одному з 42 ознак.
Ми виявили генетичні мутації, пов'язані з рядом захворювань і метаболічних ознак, які знижують виживання: люди, які генетично схильні до збільшення загального холестерину, холестерину ЛПНЩ, ризику серцевих захворювань, ІМТ, ризику розвитку астми або зниження рівня холестерину ЛПВЩ схильні вмирати молодше інших.
Можливо, що більш дивно, ми виявили, що люди, які переносять мутації, які затримують статеве дозрівання або вік, коли у них є перша дитина, мають тенденцію жити довше. З епідеміологічних досліджень було відомо, що раннє статеве дозрівання пов'язане з несприятливими наслідками пізніше в житті, такими як рак і ожиріння. Наші результати показують, що деякі з цих ефектів, ймовірно, пов'язані зі спадковими факторами.
Таким чином, люди несуть загальні мутації, які впливають на їх виживання, і природний відбір, мабуть, діє, принаймні, підмножиною в деяких сучасних середовищах. Але те, що погано в одному контексті, цілком може бути не в іншому; як один приклад, варіант CHRNA3 має ефект, тому що люди курять. Однак це ранні дні, і наші знахідки дають тільки перший погляд на те, що незабаром можна почерпнути з мільйонів геномів в поєднанні з генеалогічними записами. У майбутній роботі важливо буде вивчити не тільки тривалість життя, а й кількість дітей і онуків, які залишилися в живих, а також населення і навколишнє середовище в усьому світі.
Література: розмова
