Шимпанзетата и бонобо са най-близките живи роднини на хората. Последният

Шимпанзетата и бонобо са най-близките живи родственици на хората. Последният общ предшественик на хората и шимпанзетата е живял преди към 6-7 милиона години. След това хората и шимпанзетата са поели по разнообразни еволюционни пътища. Последните са траяли да вървят на четири крайници и да живеят по дърветата, до момента в който хората са изгубили козината си и са застанали изправени, само че най-важното е, че размерът на техния мозък значително се е нараснал.

Изградени са няколко теории, които изясняват това повишаване на мозъчната маса: въздействието на околната среда, развиването на все по-сложни обществени взаимоотношения и други. Нито една от тях не дава отговор изцяло на еволюционните доказателства.

Изследователи от Института за просвета за данните и биотехнологии „ Гладстон “ в Съединени американски щати неотдавна предложиха трета алтернатива/обяснение, основано на надеждни генетични данни. Според тях на нас просто ни е провървяло вследствие на взаимоотношението на съответните тъкмо избрани генетични разновидности, а може би се е намесил някакъв незнаен към този момент непряк фактор. Преди повече от един милион години огромни фрагменти от човешкия геном са били пренаредени, т.е. структурата на генома се е трансформирала. След това тези промени са провокирали каскада от други бързи промени в човешката ДНК, които са в основата на неповторимите човешки характерности, изключително тези, свързани с мозъка. Научната работа е оповестена в списание Nature.

Безпрецедентните промени в човешкия геном

Сравнявайки геномите на индивида и шимпанзето отпреди 20 години, доктор Кати Полард, шеф на Института за просвета за данните и биотехнологии „ Гладстон “ и водещ създател на новото изследване, открива ДНК области, които са били постоянни при бозайниците в продължение на хилядолетия, само че ненадейно са се трансформирали при ранните хора. Тези области бяха наречени наречени HAR (Human Accelerated Regions) или Ускорени Човешки Региони.

HARs са съвсем идентични при всички хора, само че се разграничават сред хората и всички останали бозайници. Тези еволюционно непокътнати последователности са придобили изненадващо огромен брой нуклеотидни размени в човешкия геном след разминаването с общия ни предшественик шимпанзето.

Предишни изследвания демонстрираха, че доста HAR са активатори на генната регулация, които действат по време на ембрионалното развиване, изключително в развиването на мозъка. Но до момента техният генезис и роля в диференциацията на индивида и по-специално на шимпанзето бяха незнайни.

Затова Полард и сътрудниците ѝ се интересуват дали други промени в ДНК, заобикаляща HAR зоните, могат да оказват помощ за обяснението на техния генезис. В съдействие с The Zoonomia Project, план за проучване на геномите на бозайниците, откривателите са анализирали HAR и заобикалящата ги ДНК в 241 генома на бозайници.

Кати Полард изяснява: „ Открихме, че доста от HARs се намират в области на ДНК, където структурните разновидности са довели до това, че човешкият геном е надиплен по по-различен метод, в сравнение с при другите примати. Това ни даде визия по какъв метод HAR зоните са се появили “.

Всъщност местоположението на HAR в генома е значимо за генните активатори. Както изясняват създателите, те въздействат на интензивността на всеки ген намиращ се в непосредствена непосредственост, която може да варира според от това по какъв начин е сгъната ДНК.

За да изследват връзката сред HAR зоните и сгъването на ДНК, учените са употребявали модел за машинно образование, създаден преди този момент за прогнозиране на моделите на прегъване на ДНК, и са го приложили към ДНК последователности на хора и шимпанзета. Компютърът предвижда, че съвсем 30% от HAR са ситуирани в области на генома, които се нагъват по по-различен метод при хората, в сравнение с при шимпанзетата. Тези структурни разновидности са резултат от огромни вмъквания, изтривания и геномни пренареждания.

В самата научна работа е даден следният относителен образец:

Представете си цялата дължина на ДНК молекулата на нашия финален общ предшественик с шимпанзетата като дълъг шал, завит към врата ви, с линии от разнообразни цветове, които са ситуирани по цялата му дължина.

Сега си представете, че някой се е опитал да направи безусловно същия шал, само че не е следвал напълно тъкмо истинския модел и е направил специфични промени. Някои от линиите са по-тесни, други са по-широки, а някои имат цветове в друг ред от оригинала.

Когато увиете новия шал към врата си по същия метод като истинския, линиите, които стоят една до друга в навивките, към този момент не са същите.

Подобно на този шал, прекомерно огромната разлика сред ДНК на индивида и ДНК на шимпанзето е структурна: огромни елементи от градивните детайли на ДНК са вмъкнати, изтрити или пренаредени в човешкия геном. Така човешката ДНК се сгъва по друг метод в ядрото на клетката спрямо ДНК на други примати.

Д-р Катлийн Кийф, съавтор на проучването, споделя: „ Разбрахме, че тези характерни за индивида структурни промени може да са основали удобни условия за бързата еволюция на HAR в човешкия предшественик, откакто са останали съвсем непроменени през милионите години еволюция на бозайниците “.

Това към този момент е научно потвърден факт, само че не се знае какво е довело до тези внезапни промени в човешкия геном, които в последна сметка водят до бързо прогресивно развиване на човешкия мозък и като разследване от това – на човешкия разсъдък.

HAR е ключът към разкриването на нашата история и нашето бързо развиване

Еволюцията на индивида, както и на другите типове, не следва правата линия. Вместо това доста типове са се разграничили от общите си предшественици като клони на шубрак. Нашият тип, Хомо сапиенс, е единственият, който оцелява. Но в предишното е имало доста случаи, когато няколко ранни човешки типа са живеели дружно. Един от ключовете за схващане на нашата еволюция и появяването на Homo sapiens може да се крие в точно в HAR зоните.

Полард прибавя: „ Когато се случи нещо значимо, като да вземем за пример огромна смяна в сгъването на генома като актуалната, клетките ни би трябвало да го поправят бързо, с цел да избегнат еволюционното неблагополучие. Въпреки че прогнозите на модела с машинно образование демонстрират, че наоколо до HAR зоните са настъпили огромни структурни промени, те не демонстрират кои гени са попаднали под техен надзор “.

Анализирайки мозъчни кафези на хора и шимпанзета, получени от стволови кафези, създателите са съумели да дефинират кои ДНК области са най-близки до стотици разнообразни HAR зони. В доста случаи те откриват, че човешките HAR са в съседство с гени, за които е известно, че играят роля в развиването на мозъка; в някои случаи прилежащите гени са свързани и с невроразвитието и с психологичните болести.

Интересно е, че съвсем всички HAR играят роля в развиването на ембриона, изключително във образуването на невронните пътища, свързани с интелекта, четенето, обществените умения, паметта, вниманието и фокуса – черти, които знаем, че мощно се разграничават при хората спрямо всички други другите животни.

„ Представете си, че сте нещо като усилвател с регулатор, който управлява равнищата на хормоните в кръвта и внезапно ДНК молекулата стартира да се сгъва по различен метод и внезапно се оказвате до гена на невротрансмитер и стартирате да регулирате химичните равнища в мозъка вместо в кръвта, както е било до момента “ – прибавя Кейтрин Полард.

Тези проучвания демонстрираха какъв брой неповторима и какъв брой незначително евентуална е внезапно стартиралата еволюция на човешкия мозък.

Екипът има намерение в допълнение да изследва за какво големите структурни промени са оживели през времето и по какъв начин HAR зоните са повлияли на развиването на човешкия мозък.