На протяжении десятилетий изучение эволюции человека основывалось в основном на анализе окаменелостей, в частности костей — единственных частей человеческого тела, которые могут сохраняться в течение длительного времени. Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, открывает новую дверь. Теперь можно судить о генетической активности нескелетных тканей, таких как мозг, по закономерностям метилирования ДНК в древних образцах. Этот революционный метод обещает изменить наше понимание эволюции человека.
Метилирование ДНК — важнейший биологический механизм, регулирующий экспрессию генов. Этот процесс добавляет небольшие молекулы (метильные группы) к определенным участкам ДНК, действуя подобно переключателю, активирующему или деактивирующему гены. В отличие от мутаций, которые изменяют саму генетическую последовательность, метилирование не изменяет генетический код, но влияет на то, как он считывается и используется клетками.
Этот процесс играет важнейшую роль в развитии тканей и органов. В мозге, например, он способствует дифференциации нейронов и формированию сложных нейронных сетей. Однако такие ткани, как мозг, не сохранились в окаменелостях, что до сих пор не позволяло напрямую проанализировать их генетическую активность в древних образцах.
Столкнувшись с этим ограничением, группа исследователей под руководством Йоава Матова и профессоров Лирана Кармеля и Эрана Мешорера из Еврейского университета Иерусалима разработала метод прогнозирования метилирования ДНК в несохранившихся тканях. Их подход основан на алгоритме обучения, который опирается на данные о метилировании живых организмов. Анализируя паттерны метилирования ДНК в скелетных тканях (например, в костях), алгоритм может сделать вывод о том, как эти паттерны проявятся в других тканях, например, в мозге, с поразительной точностью — до 92%.
Этот метод был применен к образцам древнего человека, что позволило воссоздать паттерны метилирования в таких важных областях мозга, как префронтальная кора. Префронтальная кора — важнейшая структура мозга, участвующая в таких сложных функциях, как планирование, принятие решений и самосознание — типично человеческих чертах.
Применение этой модели позволило выявить более 1 850 дифференцированных участков метилирования именно в нейронах префронтальной коры. Эти участки связаны с генами, важными для развития мозга, например с генами семейства NBPF (семейство точек разрыва нейробластомы). Эти гены играют ключевую роль в регулировании размера мозга — характеристики, которая отличает современных людей от их предков и других приматов.
Результаты этого исследования дают ключ к разгадке эпигенетических механизмов, способствовавших эволюции когнитивных способностей человека. Они позволяют нам впервые изучить биологические адаптации, которые сформировали наш мозг, выявив, как активность определенных генов изменялась с течением времени, чтобы поддерживать сложные когнитивные функции.
Этот метод не ограничивается анализом мозга древнего человека. Он открывает путь к изучению других несохранившихся тканей, таких как печень, мышцы или даже сердце в ископаемых образцах. Таким образом, он расширяет область эволюционной биологии и дает ответы на вопросы, которые раньше были недоступны.
Перспективы огромны. Изучая, как развивались тканеспецифические эпигенетические модификации, исследователи смогут лучше понять биологические силы, сформировавшие не только наш мозг, но и другие фундаментальные аспекты нашей анатомии и физиологии. Этот подход также может дать представление о происхождении человеческих заболеваний, связанных с эволюцией определенных генетических признаков.
Таким образом, новый революционный метод не только приподнимает завесу над эволюцией нашего мозга, но и пересматривает подход к изучению биологической истории человечества. Делая видимыми механизмы, скрытые в сердце нашей ДНК, он открывает беспрецедентные горизонты в изучении эволюции и ее влияния на сложные человеческие черты.
Запись Секреты человеческой эволюции, раскрытые с помощью новой ДНК-технологии впервые опубликована на сайте Про технологии.