Мы рано просыпаемся благодаря неандертальцам?

---

Циркадные ритмы – своего рода биологические часы, регулирующие активность живого организма в течение суток. Конечно, на наше состояние влияют внешние факторы, такие, как освещенность. Тем не менее, было доказано, что существуют некие внутренние механизмы, от которых зависит, бодры мы или клюём носом, готовые заснуть. Наиболее известные различия между людьми в этом плане – деление на хронотипы «жаворонков» и «сов»: жаворонки в среднем пробуждаются, достигают пика активности и засыпают на 2 часа раньше, чем совы. Было замечено, что продолжительность циркадного ритма у «жаворонков» несколько меньше 24 часов, а у сов – наоборот, больше. Именно поэтому жаворонки раньше подскакивают, а совы предпочитают дольше поспать, особенно зимой.

Очевидно, что мы можем менять свой режим, подстраиваясь под различные условия, и тем не менее, наш хронотип в некоторой степени достался нам от родителей, его наследуемость составляет от 12 до 38%. Генетикам известен ряд генов, влияющих на циркадный ритм. Один из таких генов даже называется timeless («вне времени») – этот ген открыли, обнаружив, что мутации в нем приводили к аритмическому поведению у дрозофил. А всего генов, так или иначе влияющих на циркадные ритмы, известно 246.

 Установлено, что у популяций одного вида, живущих на разных широтах, встречаются разные варианты генов циркадного ритма. Вероятно, так живые существа приспосабливаются к разной продолжительности светового дня и другим особенностям среды. Подобные эффекты обнаружены у насекомых, растений, рыб, но людей в этом плане изучали мало. Тем не менее, установлено, что среди людей, живущих в более высоких широтах, совы встречаются чаще. Обнаружили ученые и некую связь между хронотипом и различными нарушениями настроения – сезонным аффективным расстройством, депрессиями.

Казалось бы, причём тут неандертальцы?

Ну как причём. Наши предки – кроманьонцы пришли в Евразию всего каких-то 50, максимум 70 тысяч лет назад, неандертальцы же с денисовцами приспосабливались к жизни в высоких широтах в течение сотен тысяч лет. Наверняка в генах, управляющих циркадными ритмами, у разных видов гоминин накопились существенные различия, которые можно поискать, ведь у нас есть древние геномы. Кроме того, мы знаем, что наши предки и неандертальцы скрещивались.

Может быть, неандертальское наследие как-то помогло древним сапиенсам приспособиться к негостеприимным условиям северных широт?

На эти вопросы попробовала ответить группа американских генетиков, чья статья пока что опубликована в виде препринта на biorxiv.org. Сначала исследователи стали искать в геномах древних гоминин специфические варианты, находящиеся внутри или рядом с «циркадными» генами. Ученые использовали 3 неандертальских и один денисовский геном.

В циркадных генах нашлось более 1000 специфических вариантов, по которым неандертальские и денисовский геномы отличаются от геномов современных людей. Такое число различий великовато, чтобы быть случайным.

В том числе, в 28 генах встречались архаические варианты, которые должны были приводить к альтернативному сплайсингу. Среди этих генов оказалось несколько наиболее важных, влияющих на циркадные ритмы.

Тут требуется пояснение. Я думаю, вы помните, что в гене закодирована аминокислотная последовательность белка. Но далеко не весь ген участвует в процессе «строительства». В гене есть экзоны — участки, между которыми находятся интроны.

Для синтеза белка нужны только экзоны. Сплайсинг — процесс, в результате которого интроны вырезаются из молекулы РНК, по которой будет строиться белок. Так вот сплайсинг одного и того же гена может производиться по-разному. Например, из зрелой РНК может «выпасть» тот или иной экзон.

В результате на основании одной и той же генетической последовательности могут получаться белки, различающиеся по составу. Это и называется «альтернативный сплайсинг».

Интересно, что найденные архаичные варианты не только отличались от сапиентных. Многие из них были специфичны для каждого из древних видов: 13 встречались только у денисовцев, 8 – только у неандертальцев, и лишь один оказался общим для всех 4х древних геномов.

Кроме того, много специфических арахичных вариантов оказалось в регуляторных областях циркадных генов. Таким образом, эти отличия могли влиять на активность генов. Исследователи промоделировали особенности их работы у архаичных гоминин. На этот раз использовали геномы 2 неандертальцев и 1 денисовца, которые сравнили с вариантами 2500 современных людей из проекта «1000 геномов» - и обнаружили заметные различия в регуляции 24 циркадных генов.

И опять, выяснилось, что 16 из этих генов, включая упоминавшийся TIMELESS, по-разному регулировались у всех архаичных особей. Удивительно, но у двух неандертальцев был только один ген, регулируемый одинаково, который отличался от денисовского. И в то же время у алтайского неандертальца и денисовца было 7 генов с одинаковой регуляцией, отличавшейся от варианта неандертальца из пещеры Виндия. Еще раз: в этом аспекте два неандертальца различались сильнее, чем алтайский неандерталец и денисовец. Исследователи объясняют это тем, что денисовец и алтайский неандерталец жили фактически в одном и том же месте, в одной пещере, а между Алтаем и хорватской пещерой Виндия несколько тысяч километров. Виндия существенно южнее Алтая. Популяции алтайских и виндийских неандертальцев разделились давно, и эволюционировали в разных климатических условиях.

Второй вопрос на который стремились ответить авторы исследования: как неандертальские генетические варианты, связанные с циркадными ритмами, могли повлиять на современных людей - неафриканцев? (ведь существенное неандертальское наследие присутствует в неафриканских геномах).

Среди известных аллелей, доставшихся современным людям от неандертальцев, исследователи обнаружили 3857 вариантов, которые влияют на экспрессию циркадных генов. В некоторых генах таких вариантов нашлось очень много – например, в гене с говорящим названием CLOCK.

Ген CLOCK был открыт в 1997 году, когда выяснилось, что мыши с мутациями в этом гене обладали аномально долгим периодом суточной активности – более 27 часов вместо 23 у контрольной группы.

Исследователи пришли к выводу, что эти неандертальские варианты должны влиять на регуляцию циркадных ритмов и могли оказаться полезными нашим предкам. Но каков их эффект? Чтобы оценить это, авторы публикации воспользовались Британским Биобанком. Эту базу данных очень любят генетики, поскольку в ней хранится информация не только о геномах 500 тысяч британцев, но и об особенностях их организма, в том числе – хронотипы. Анализ показал, что из 9 неандертальских вариантов, наиболее тесно связанных с хронотипом, каждый работает в сторону «жаворонков»: увеличивает склонность людей к утренней активности. Подобный эффект наблюдался и для других неандертальских вариантов, расположенных вблизи циркадных генов. Это кажется на первый взгляд странным: в чем преимущество раннего подъёма там, где зимой солнце встаёт поздно? Исследователи объясняют: зато летом на севере день очень долгий, и приспособиться к такому режиму проще тем, у кого циркадный период укорочен, а это особенность «жаворонков». Честно говоря, тут я не до конца уловил логику.

Конечно, авторы исследования осознают, что такой признак, как хронотип, определяется далеко не только генами. Кроме того, «циркадные» гены влияют не только на цикл активности у людей, но и на другие признаки, и отбор в пользу неандертальских вариантов мог объясняться какими-то иными, нам неизвестными причинами. Тем не менее хронотип, пишут исследователи, «наиболее правдоподобная мишень».

Хорошо бы посмотреть, как неандертальские «циркадные» аллели распределены среди современных неафриканцев… Больше ли их на севере или на юге?

Источник: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.02.03.527061v2.full

---

---