Миллионы лет назад, после того как предки людей разошлись с последней связью, которое они делили с шимпанзе, они начали развивать многочисленные приспособления, которые сделали выносливость одной из определяющих черт нашего вида. Примерно 2 миллиона лет назад появился род Homo, и этот процесс действительно начался. Сегодня люди могут бегать на мили или ходить весь день благодаря этим изменениям. В новых исследованиях ученые показали, насколько существенно эволюция изменила один важнейший орган - сердце.
"Теперь мы понимаем эволюционную траекторию сердца", - сказал Аарон Бэггиш, который возглавляет программу сердечно-сосудистой деятельности в Гарвардском университете в Кембридже, штат Массачусетс. "И теперь мы понимаем, как это помогает нам рассматривать общие современные болезни в перспективе."
Бэггиш вместе с группой соавторов, в которую входят Дэниел Либерман, биолог-эволюционист из Гарварда, и Роберт Брэйв, физиолог сердечно-сосудистой системы из Университета Британской Колумбии Оканаган, сравнили форму и активность сердец шимпанзе, горилл и четырех групп взрослых людей: выносливых спортсменов, футбольных лайнсменов, фермеров, ведущих натуральное хозяйство, и относительно неактивных особей. Они опубликовали результаты на этой неделе в журнале PNAS.
Гориллы и шимпанзе, как правило, проводят много времени во сне или в относительной неактивности, но они невероятно сильны и мощны, особенно в коротких вспышках. У шимпанзе, сказал Брэйв, "все очень тихо и спокойно, а потом у вас есть очень высокие всплески, очень интенсивной физической активности. Мы думаем, что это, вероятно, приводит к скачкам кровяного давления."
Обезьяньи сердца хорошо подходят для этого вида деятельности, с толстыми стенками и округлой формой. Они хорошо реагируют на резкие изменения кровяного давления, вызванные такими видами деятельности, как быстрое лазание по деревьям или борьба. Команда ученых развила свои идеи, сравнив структуру и функции более чем 40 шимпанзе, живущих в заповедниках.
"У нас никогда раньше не было хороших функциональных данных о сердцах шимпанзе", - сказал Либерман.
Человеческие сердца существенно отличаются от обезьяньих. Левый желудочек перекачивает богатую кислородом кровь по всему телу, и у человека он более вытянут и просто больше, чем у шимпанзе.
"Большим достижением здесь является первое настоящее строгое исследование функции сердца у обезьян и людей в сравнительном плане", - сказал Герман Понцер, эволюционный физиолог из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина, который не принимал участия в исследовании. "На самом деле, под поверхностью мы совершенно разные."
Исследователи также изучили четыре группы людей с различными физическими упражнениями и моделями активности. Одна группа состояла из 42 человек из племени Тараумара, группы коренных жителей Мексики, которые известны своими соревнованиями по бегу на длинные дистанции, хотя Бритье сказал, что в подавляющем большинстве случаев они не делают упражнений высокой интенсивности. Желудочки в их сердцах не имели такого большого объема, как исследователи обнаружили у 42 выносливых спортсменов, которых изучала группа. Команда также изучила 40 человек, которые играли на позиции лайнсмена в американском футболе, и группу из 42 относительно малоподвижных людей.
Есть еще одно существенное различие между сердцами людей и обезьян. Когда человеческие сердца качаются, они тоже вращаются. Этот поворот помогает выталкивать больше крови каждый раз, когда он бьется, а также втягивать больше крови в следующий раз, когда он качает.
"Это что-то новое, что появилось у людей", - сказал Брэйв. "У шимпанзе этого нет. У горилл этого тоже нет."
Эти эволюционные изменения в человеческом сердце позволяют направить больше крови по всему телу и поддерживать это усилие до тех пор, пока не придет время отдохнуть. Но был и компромисс. По мере того как человеческие сердца адаптировались к работе с большими объемами крови, необходимыми для выносливости, они стали менее искусными в реагировании на высокие давления, необходимые для поддержания силовой активности.
Поскольку человеческое сердце также перестраивается в течение всей жизни в ответ на деятельность человека, сердце может изменить форму, чтобы отразить больше похожей на шимпанзе структуры, когда люди не делают упражнения на выносливость. Исследователи обнаружили, что сердца как футбольных лайнсменов, так и сидячих людей испытывали ремоделирование, которое делало их сердца менее приспособленными к реагированию на проблемы выносливости и более приспособленными к реагированию на давление. Стены стали толще, и сердце тоже перестало биться.
"Итак, общее учение состоит в том, что ваше сердце здорово и нормально, пока у вас не разовьется высокое кровяное давление, а затем сердце заболеет из-за высокого кровяного давления", - сказал Бэггиш. Но сердца малоподвижных испытуемых стали походить на сердца людей с высоким кровяным давлением, с менее гибкими и более толстыми стенками, хотя у этих людей было нормальное кровяное давление.
Это понимание бросает вызов устоявшемуся пониманию того, как начинается высокое кровяное давление и как реагирует сердце. В конечном счете это может помочь врачам выработать новое понимание того, как развивается болезнь сердца.
"Я не ожидал этого как кардиолог", - сказал Бэггиш. "У относительно молодых, но малоподвижных людей, живущих в моем родном городе Бостоне, мы начали видеть в этих сердцах черты шимпанзе еще до того, как началось высокое кровяное давление."
Исследователи заявили, что это исследование подчеркивает важность регулярных физических упражнений. Современная диета могла бы усложнить картину, но регулярная ходьба могла бы быть достаточной - предыдущие исследования показали, что охотники-собиратели в тропических районах, как правило, проходят примерно 10-15 км. каждый день.
"Люди развили эту необычайно длинную продолжительность жизни по сравнению с большинством других видов", - сказал Брэйв. "Но чтобы поддерживать здоровое кровяное давление, мы должны поддерживать эту умеренную интенсивность физической активности на протяжении всей нашей жизни."