Генетики выяснили, как предки человека стали дневными животными

Издавна считалось, что наши далекие предки — ранние млекопитающие — вели исключительно ночной образ жизни, скрываясь в тени господствующих динозавров. Однако в какой-то момент эволюции некоторые линии, в том числе те, от которых много позже развился человек, совершили радикальный переход к дневной активности. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, наконец объясняет, как произошла эта трансформация. Оказалось, что ответ скрыт не в строении мозга, а в глубоких генетических настройках каждой отдельной клетки.

Тайна биологических часов

Вопрос о переходе к дневному образу жизни на протяжении десятилетий оставался загадкой, поскольку главный центр управления циркадными ритмами в мозге работает практически одинаково как у ночных, так и у дневных видов. Группа ученых под руководством Эндрю Била и Джона О'Нила из Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (Великобритания) обнаружила, что ключевое различие заключается в реакции клеток на микроизменения окружающей среды: температуре тела и водно-солевом балансе.

В течение 24-часового цикла эти физические сигналы корректируют основные процессы: синтез и модификацию белка. Именно эти реакции определяют, когда клетка «ждёт» наступления дня или ночи.

Противоположные реакции

Исследователи сравнили клетки дневных млекопитающих (включая человека) и ночных млекопитающих (например, мышей). Под воздействием изменений температуры клетки человека и мыши сдвинули свои внутренние часы в совершенно противоположных направлениях.

Ученые определили, что за эти контрастные реакции ответственны два основных сигнальных пути: mTOR (отвечает за чувствительность к питательным веществам) и WNK (регулирует биохимический баланс). Колебания температуры привели к тому, что эти пути по-разному меняли синтез белка у разных видов. Это указывает на то, что в ходе эволюции чувствительность mTOR и WNK перенастраивалась на определенное время активности.

Генетическая настройка

Сравнительный генетический анализ нескольких видов показал, что гены в сетях mTOR и WNK развивались необычайно быстро у дневных млекопитающих. Это подтверждает, что переход от ночи ко дню потребовал тонкой «корректировки» функций клеток на генетическом уровне.

Чтобы проверить теорию, ученые провели эксперимент на мышах. Используя специальную диету, они немного изменили активность пути mTOR у ночных грызунов. Результат оказался потрясающим: мыши начали вести себя как дневные животные, смещая пик своей активности на светлое время суток.

«Понимание того, почему люди активны в течение дня, проливает свет на наши циркадные ритмы, часть биологии, имеющую решающее значение для здоровья в долгосрочной перспективе», — объясняет Джон О'Нил.

Однако это открытие также имеет тревожные последствия в контексте глобального потепления. По мере нагревания атмосферы нормальные температурные циклы меняются. Эндрю Бил предупреждает, что это может заставить многие виды принудительно изменить время своей активности, что приведет к непредсказуемым и, возможно, разрушительным последствиям для целых экосистем.