Как горцы Анд адаптируются к высоте: неожиданные изменения, которые потрясут вас

Ученые из Университета Эмори нашли эпигенетические изменения у горцев

Исследования, проводимые учеными из Университета Эмори, дают новое представление о том, как люди адаптируются к жизни на больших высотах. Особенность заключается в том, что адаптация Андских горцев может не быть вызвана генетическими мутациями, а эпигенетическими изменениями, которые регулируют активность генов. Этот подход раскрывает возможности для дальнейших научных исследований в области антропологии и медицины. Об этом сообщает пресс-релиз Университета Эмори.

Эпигенетика и высота: как климат влияет на наш геном

Процесс адаптации к экстримальным условиям окружающей среды всегда был объектом внимания генетиков. Однако недавнее исследование антропологов из Университета Эмори утверждает, что для жителей высокогорных территорий, таких как Андийские горы, генетические изменения не всегда оказываются решающим фактором. Вместо этого, как показало исследование, главную роль в адаптации играют эпигенетические изменения — "пунктуационные знаки" на ДНК, которые могут изменять активность генов, не изменяя саму структуру ДНК.

"Это первый набор данных, охватывающий полный метилом двух различных популяций. Мы рассмотрели все три миллиона пар оснований и обнаружили интересные закономерности", — сказал Йемко Прайор, ведущий исследователь проекта в Университете Эмори.

Именно такие эпигенетические метки регулируют активность генов, изменяя их экспрессию в ответ на внешние факторы. Это открытие в корне меняет наше представление о том, как гены адаптируются к новым условиям.

Метилирование ДНК: как оно влияет на физиологию

В отличие от традиционных исследований, которые фокусируются на поиске мутаций в ДНК, ученые из Университета Эмори решили использовать метод метилирования ДНК. Метилирование представляет собой процесс, при котором к генам добавляются химические группы, регулирующие их активность. Такой подход позволил исследователям более точно рассматривать, как изменяется генетическая активность под воздействием высокогорных условий.

Особенно интересным оказалось исследование метилирования у жителей высокогорных районов Анд, в сравнении с представителями более низкорасположенных регионов. Это позволило обнаружить, что высокогорные условия — низкий уровень кислорода, холод, интенсивное ультрафиолетовое излучение — изменяют работу ключевых генов, что не всегда сопровождается видимыми мутациями в ДНК.

"Исследование эпигенетических изменений в масштабе всего генома позволяет нам понять, как изменяется генетическая регуляция на высоте", — заявил Джон Линдо, старший автор исследования и адъюнкт-профессор антропологии в Эмори.

Разница в метилировании генов: сосуды и мышцы

Одним из самых заметных открытий было то, что метилирование генов, ответственных за сосудистую регуляцию, значительно отличалось у жителей высокогорных территорий. Например, различия были зафиксированы в метилировании генов PSMA8 и FST, которые играют важную роль в кровообращении и регулировке сердечно-сосудистой системы.

Команда исследователей также обнаружила изменения в генах, регулирующих рост мышц и сосудистую сеть, что предполагает, что в ответ на условия высокогорья организм мог развить более толстые стенки артериол и более мускулизированные мелкие артерии. Это помогает организму лучше справляться с ограниченным количеством кислорода, улучшая кровообращение в условиях кислородного дефицита.

"Ученые наблюдали, как низкий уровень кислорода способствует активации ключевых генов, что приводит к утолщению артериальных стенок, что характерно для жителей высокогорья", — сообщает Йемко Прайор.

Таким образом, изменения в регуляции сосудов помогают людям, живущим на высоте, адаптироваться к недостатку кислорода, повышая эффективность доставки кислорода в ткани.

Воздействие ультрафиолетового излучения на геномы

Еще одной важной причиной, по которой андские горцы отличаются от других популяций, является интенсивное ультрафиолетовое излучение, характерное для высокогорных территорий. Это также оставляет след в их эпигенетическом профиле. Исследования показали, что у высокогорных популяций наблюдается изменение активности генов, отвечающих за пигментацию кожи, что позволяет им лучше адаптироваться к воздействию ультрафиолетовых лучей.

"Интересно, что такие изменения проявляются не на уровне самой ДНК, а через эпигенетические метки, что делает их адаптивными в условиях сильного солнечного излучения", — отметил Джон Линдо.

Таким образом, эпигенетические изменения помогают людям, живущим на высоте, справляться с повышенным ультрафиолетовым излучением, улучшая их способности к защите кожи и глаз от вредного воздействия солнечных лучей.

Эпигенетика и эволюция: влияние на здоровье и адаптацию

Это исследование открывает новые перспективы для понимания того, как адаптация к экстремальным условиям может происходить через эпигенетические изменения. В отличие от традиционных мутаций, эпигенетические метки более гибки и могут изменяться в ответ на условия окружающей среды.

"Наши результаты показывают, что эпигенетика играет ключевую роль в долгосрочной адаптации к высокогорным условиям", — говорит Линдо.

Это открытие бросает вызов классической теории, согласно которой эволюционные изменения происходят через мутации в ДНК. Теперь становится понятно, что эпигенетические изменения могут сыграть важную роль в адаптации человека к новым условиям и что эти изменения могут быть унаследованы в течение многих поколений. Это имеет важные последствия для медицины, в частности для диагностики и лечения заболеваний, таких как легочная гипертензия, в высокогорных регионах.

Сравнение: генетическая и эпигенетическая адаптация

При сравнении двух типов адаптации — генетической и эпигенетической — можно выделить несколько ключевых отличий. Генетическая адаптация включает в себя изменения в самой ДНК, которые передаются от поколения к поколению. Эпигенетическая адаптация, в свою очередь, представляет собой более гибкие изменения, регулирующие активность генов, которые могут быть адаптивными, но не всегда передаются по наследству.

Плюсы и минусы эпигенетической адаптации

Плюсы:

Быстрая адаптация к изменениям в окружающей среде.
Гибкость и отзывчивость на изменения.
Не требует изменений в структуре ДНК.

Минусы:

Не всегда сохраняется в последующих поколениях.
Может быть менее стабильной по сравнению с генетической адаптацией.

Советы по адаптации к высокогорным условиям

Подготовьтесь к низкому уровню кислорода. Используйте кислородные маски или тренировки для улучшения выносливости.
Защищайте кожу от ультрафиолетового излучения. Носите солнцезащитные кремы с высоким SPF и защитную одежду.
Привыкайте к холоду постепенно. Начинайте с легкой физической активности на свежем воздухе, постепенно увеличивая нагрузку.