В геноме были обнаружены регуляторные участки, демонстрировавшие стремительную эволюцию после того, как наши предки отделились от человекообразных обезьян. Эти участки отвечали за формирование ключевых характеристик, присущих людям, таких как значительно увеличенный объем мозга и упрощенная, укороченная пищеварительная система.
По сравнению с шимпанзе и другими гоминидами, людей отличает значительно больший размер мозга и более короткий кишечник. Эти особенности признаются ключевыми для нашего вида, однако они представляются противоречивыми: как мозг, так и кишечник требуют значительных энергетических затрат, и организму сложно одновременно поддерживать развитие обоих.
По всей видимости, приоритет был отдан развитию мозга вскоре после семи миллионов лет назад, когда линия, ведущая к нашим прямым предкам, отделилась от других человекообразных обезьян, но до расхождения с линией неандертальцев. К таким выводам пришли генетики из американского Университета Дьюка, статья которых опубликована в свежем номере журнала Cell.
Обычно при изучении генетических особенностей, свойственных нашему виду, внимание уделяется генам — фрагментам ДНК, определяющим структуру белков. Однако различия между ДНК человека и его ближайшего родственника, шимпанзе, незначительны, а в генах они практически отсутствуют. Наиболее существенные расхождения наблюдаются в некодирующих участках ДНК, которые, вероятно, выполняют другие важные роли, в частности регуляторные, контролируя структуру хроматина и активность генов.
Генетики, работающие под руководством Крэга Лоу, сосредоточили свое внимание на этих конкретных участках генома. В ходе исследования был выявлен ряд фрагментов, демонстрировавших значительные изменения после разделения линии древних людей и шимпанзе около 7,4 миллиона лет назад. Эти области получили название HAQERS (Human Ancestor Quickly Evolved Regions — «регионы быстрого эволюционного развития предка человека») и, как показал анализ, играют ключевую роль в развитии организма, особенно головного мозга и кишечника. Располагаясь вблизи соответствующих генов, они контролируют их активность в необходимое время и в нужной локации.
«Это результат совокупности изменений, происходивших в течение длительного периода, — объясняет профессор Лоу. — Мы видим множество регуляторных элементов, которые действуют в этих тканях, определяя, какие гены будут экспрессироваться и с какой активностью».
Экспериментальные исследования также подтвердили значимость HAQERS. В ходе экспериментов ученые использовали лабораторных мышей, которым на этапе внутриутробного развития в кору головного мозга вводили фрагмент HAQER0059. Одна группа животных получала HAQER0059 современного человека, а другая – реконструированный вариант, присутствовавший в ДНК более шести миллионов лет назад. Результаты показали, что современный HAQER0059 значительно активизирует гены, отвечающие за формирование развитой коры головного мозга.