Dlaczego homo sapiens przetrwał, a neandertalczycy nie? Wyniki nowych badań

Około pół miliona lat temu doszło do oddzielenia się homo sapiens od linii ewolucyjnej prowadzącej do neandertalczyków i denisowian. Jednocześnie u przedstawicieli naszego gatunku zaszło kilka drobnych zmian w biochemii mózgu. Wpływają one na stabilność i ekspresję genetyczną enzymu liazy adenylobursztynianowej, czyli ADSL. Enzym ten bierze udział w biosyntezie puryn – związków chemicznych, które są podstawowymi składnikami nukleotydów budujących DNA i RNA. Niedobór ADSL jest rzadką i dziedziczną chorobą metaboliczną, która prowadzi do poważnych zaburzeń neurologicznych, w tym opornej na leczenie padaczki oraz upośledzenia umysłowego. Wyniki najnowszego badania zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Międzynarodowy zespół naukowców z Okinawskiego Instytutu Nauki i Technologii (OIST) w Japonii i Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka w Niemczech odkrył, że zaobserwowane zmiany mogą odgrywać istotną rolę w naszym zachowaniu. Naukowcy zbadali wersję genu, która powszechnie występuje u współczesnych ludzi, ale nie występowała u neandertalczyków ani denisowian. Wszystko wskazuje na to, że ta zmiana musiała pojawić się u homo sapiens po oddzieleniu się od linii ewolucyjnej, ale jeszcze przed opuszczeniem Afryki. Biorąc pod uwagę fakt, że mutacje genu ADSL mogą powodować dysfunkcje mózgu, badacze zaczęli zastanawiać się, czy zmiany w tym genie nie były czynnikiem, który zapewnił homo sapiens przewagę poznawczą lub behawioralną.

„Jestem przekonany, że istnieje pewna fundamentalna różnica między współczesnym człowiekiem a innymi wcześniejszymi formami człowieka” – powiedział Svante Pääbo z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka i jeden z autorów badania. „Neandertalczycy i denisowianie nigdy nie osiągnęli liczebności większej niż kilkaset tysięcy osób, ich technologia przez setki tysięcy lat prawie się nie zmieniła – a współcześni ludzie w ciągu zaledwie stu tysięcy lat rozprzestrzenili się po całej planecie i rozwinęli technologię i kulturę, które tak szybko się zmieniły” – dodał.

W najnowszym badaniu naukowcy dokładnie zbadali enzym ADSL. Składa się on z łańcucha 484 aminokwasów. Co ciekawe, współczesne i pradawne warianty tego enzymu różnią się tylko jednym aminokwasem. W pozycji 429 u naszych przodków występuje alanina, zaś u współczesnych ludzi – walina. Naukowcy zaobserwowali w warunkach laboratoryjnych, że współczesna wersja genu zmieniła stabilność enzymu. Kiedy wprowadzili tę wersję do organizmu myszy, odkryli, że wywołała ona u samic pewną zmianę w zachowaniu.

Podczas eksperymentu naukowcy podawali myszom wodę, wcześniej dostarczając bodziec wizualny lub dźwiękowy. Z czasem badacze zaczęli ograniczać ilość płynu. Okazało się, że samice myszy, którym wszczepiono ludzki gen ADSL, pobierały wodę znacznie sprawniej i częściej, gdy były spragnione niż ich rodzeństwo. Sugeruje to, że zmniejszona aktywność enzymu pozwalała im lepiej konkurować o ograniczony zasób.

„Jest za wcześnie, aby przekładać te odkrycia bezpośrednio na ludzi, ponieważ obwody neuronalne myszy są różne” – powiedział dr Xiang-Chun Ju, główny autor badania. „Jednak substytucja mogła dać nam pewną przewagę ewolucyjną w określonych zadaniach w porównaniu z naszymi przodkami” – dodał.

Naukowcy odkryli również inne zmiany genetyczne, powszechne u ludzi, które powodują zmniejszoną aktywność ADSL. Znaleźli także dowody na to, że te zmiany były faworyzowane przez ewolucję, co sugeruje, że dawały homo sapiens przewagę.

„Ten enzym przeszedł dwie oddzielne rundy selekcji, które zmniejszyły jego aktywność – najpierw poprzez zmianę stabilności białka, a następnie poprzez obniżenie jego ekspresji. Najwyraźniej istnieje presja ewolucyjna, aby obniżyć aktywność enzymu na tyle, aby zapewnić efekty, które obserwowaliśmy u myszy, jednocześnie utrzymując jego aktywność na tyle wysoko, aby uniknąć niedoboru ADSL” – wyjaśnia współautorka badania, dr Shin-Yu Lee.

Na ten moment naukowcy nie są w stanie powiedzieć, dlaczego to samice myszy zdawały się zdobywać przewagę konkurencyjną. Potrzebne są też dalsze badania, które pozwolą zrozumieć rolę ADSL w zmianie zachowania.