Генетики нашли у некоторых сибирских народов специальные гены, позволяющие лучше адаптироваться к сильным морозам. Что это за гены, разбирался научный отдел "Деталей мира".
С одним из них, ENTT7, все довольно просто: он отвечает с усвоением молока и мяса. Что, конечно, непосредственно с морозоустойчивостью не связано - но в условиях Восточной Сибири фактически невозможно земледелие. Из чего этого следует то, что коренным народам вплоть до недавнего времени можно было рассчитывать только на молоко и мясо. Те, кто плохо переваривал такую пищу, просто не имел шансов выжить, естественный отбор несколько тысячелетий действовал против вегетарианцев и в пользу мясоедов. А вот второй набор генов уже не столь тривиален, хотя и имеет куда более непосредственное отношение к выживанию на холоде.
Образцы ДНК были получены сотрудниками Института биологических проблем Севера в Магадане, а их анализ провели специалисты из Кембриджа - результаты пока не опубликованы, но представлены на антропологической конференции Unravelling Human Origins и отчасти пересказаны Science Now. Издание при этом подчеркивает, что подобные работы ведутся сейчас довольно активно - ученые изучают геномы разных народов и пытаются понять, каким образом люди приспособились к разным условиям. Американским генетикам уже удалось показать, что в более холодных местностях чаще встречаются носители определенных вариантов гена UCP1 и UCP3.
Тех самых вариантов, которые теперь обнаружились и у коренных народов Сибири.
Наши клетки не могут напрямую использовать ни жиры, ни углеводы. Причина в том, что большинство процессов в клетке требуют очень небольшого количества энергии, намного меньше, чем запасенная в единственной молекуле глюкозы порция; следовательно, клетка должна выполнить операцию по размену энергетической валюты с "пятитысячной" молекулы жира или крахмала на более удобные в обращении "купюры".
Кроме того, очень неудобно иметь такой энергоноситель, который после использование дает совершенно бесполезную воду с углекислым газом - это все равно, что запитывать ноутбук или смартфон от одноразовых батареек вместо перезаряжаемого аккумулятора. Клетка использует в абсолютном большинстве случаев не те питательные вещества, которые мы поедаем, а аденозинтрифосфорную кислоту, АТФ.
АТФ это универсальная клеточная валюта и универсальный аккумулятор. Она получается путем соединения аденозина с тремя фосфатными группами, каждую из которых можно оторвать по отдельности с высвобождением небольшого количества энергии; использованный аденозин снова обвешивается фосфатами и пускается в дело - намного удобнее, чем жечь на месте даже глюкозу, не говоря уж о жирах!
Клетка синтезирует АТФ там, где окисляется глюкоза, а тратит там, где необходимо: такой механизм отработан миллиардами лет эволюции и в нем есть даже аналог электромотора - основная масса АТФ синтезируется специальной белковой машиной, которая носит название АТФ-синтазы.
АТФ-синтаза - это белковый комплекс, который расположен в митохондриях, продолговатых образованиях внутри клеток. По практически общепринятой версии митохондрии когда-то очень давно были самостоятельными бактериями, но потом их поглотили клетки и образовался симбиоз: клетка укрывает митохондрию, митохондрия перерабатывает глюкозу в АТФ. У митохондрий двойная мембрана, а промежуток между мембранами накапливает положительный заряд при окислении глюкозы. Именно знание о том, что в наших клетках есть такой электрический конденсатор, выводит нас к объяснению того, зачем жителям Севера специальные гены.
Окисление глюкозы при участии целого ряда особых белков приводит к тому, что митохондрия заряжается. Возникает, как и положено, электрическое напряжение, разность потенциалов. И за счет этого напряжения начинает работать специальный молекулярный комплекс, встроенный в одну из этих мембран - комплекс, который даже вращается при работе, подобно настоящему электромотору. Это образование, называемое АТФ-синтазой, и производит основную массу молекул АТФ за счет энергии, накопленной биологическим конденсатором.
Но... это лишь в основном режиме работы митохондрий. Режиме, который можно условно назвать "выработка энергии" - митохондрии синтезируют АТФ, в котором так нуждается клетка. Однако что, если на улице уже минус 45, дует ветер и идет снег? Энергия, конечно, нужна, но уже не для тонких биохимических процессов вида "починить молекулу" или "сдвинуть белок на полмикрометра влево" - тут сначала бы согреться.
Вот здесь на сцену и выходит белок термогенин, продукт гена UCP1 или UCP3 (они довольно похожи друг на друга и внешне, и по функциям). Он встраивается в мембрану митохондрии и устраивает утечку тока в конденсаторе; в обычных условиях это бы сошло за вредительство и теракт на внутриклеточной электростанции. Собственно, система обратных связей между ферментами так и воспринимает деятельность термогенина - митохондрии усиливают процессы окисления питательных веществ, хотя удержать заряд между мембранами все равно не удается. Начинается быстрое окисление, которое резко разогревает клетку... следовательно, увеличивается выработка тепла!
Термогенена очень много в буром жире. Бурый он потому, что клетки этой ткани, в отличие от обычного, белого, жира просто нашпигованы митохондриями, они-то и влияют на окраску. Бурый жир, как бы это не парадоксально звучало, сжигает жиры (все встанет на место, если вспомнить, что жир это и вещество, и название ткани, то есть множества клеток) и согревает, бурого жира немало у новорожденных, которым особенно важно иметь хорошую систему терморегуляции.
У тех, кто впадает в спячку, тоже есть бурый жир... человек не спит всю зиму, с возрастом теряет большую часть бурого жира, но зато у жителей холодных местностей генетики обнаружили более эффективную версию термогенина. Белка, который при замерзании переключает наши внутриклеточные электростанции в режим ТЭЦ.
Подчеркнем, что на термогенине список найденных недавно отличий жителей Восточной Сибири от всех прочих не исчерпывается. Другой ген ENPP7, кодирует открытый еще в 1969 году фермент, который расщепляет сфигномиелин, вещество, встречающееся в молоке и мясе. С ним, в отличие от термогенина, все сравнительно просто - но есть и несколько нюансов. Продукты гена ENPP7, по ряду новых данных, могут иметь противовоспалительный эффект и еще отвечать за всасывание холестерина в желудочно-кишечном тракте. А это значит и то, что данный ген способен влиять и на риск сердечно-сосудистых заболеваний - специалистам по генетике работы хватит надолго.
