Niedawne badania odkryły powiązanie między genetyką neandertalczyka a tendencją niektórych współczesnych ludzi do wczesnego wstawania. Badanie to wywodzi się z krzyżowania się współczesnych ludzi z neandertalczykami w Eurazji, co sugeruje, że warianty genetyczne neandertalczyków wpłynęły na rytmy dobowe ich współczesnych potomków. Źródło: SciTechDaily.com

Nowy artykuł w czasopiśmie Biologia i ewolucja genomuopublikowane przez Oxford University Press, stwierdza, że ​​materiał genetyczny przodków neandertalczyka mógł przyczynić się do skłonności niektórych współczesnych ludzi do „wczesnego wstawania”, czyli osób, które chętniej wstają i kładą się wcześniej spać.

Ewolucja człowieka i adaptacja genetyczna

Wszyscy anatomicznie współcześni ludzie wywodzą się z Afryki około 300 tysięcy lat temu, gdzie czynniki środowiskowe ukształtowały wiele ich cech biologicznych. Około siedemdziesiąt tysięcy lat temu przodkowie współczesnych ludzi z Eurazji zaczęli migrować do Eurazji, gdzie napotkali nowe, różnorodne środowiska, w tym wyższe szerokości geograficzne z większymi sezonowymi wahaniami światła dziennego i temperatury.

Ale inni hominini, na przykład neandertalczycy i denisowianie, żyli w Eurazji od ponad 400 000 lat. Te archaiczne homininy oddzieliły się od współczesnych ludzi około 700 000 temu, w wyniku czego nasi przodkowie i archaiczne homininy ewoluowały w różnych warunkach środowiskowych. Doprowadziło to do akumulacji zmienności genetycznej i fenotypów specyficznych dla danej linii. Kiedy ludzie przybyli do Eurazji, krzyżowali się z archaicznymi hominidami na kontynencie, co stworzyło dla ludzi potencjał uzyskania wariantów genetycznych już dostosowanych do tych nowych środowisk.

Archaiczne geny homininów i cechy współczesnego człowieka

Poprzednie prace wykazały, że większość archaicznych przodków homininów współczesnych ludzi nie była korzystna i została usunięta w wyniku doboru naturalnego, ale niektóre z archaicznych wariantów homininów pozostałych w populacjach ludzkich wykazują oznaki adaptacji. Na przykład archaiczne warianty genetyczne powiązano z różnicami w poziomie hemoglobiny u Tybetańczyków na większych wysokościach, odpornością immunologiczną na nowe patogeny, poziomem pigmentacji skóry i składem tłuszczu.

Zmiany we wzorcu i poziomie ekspozycji na światło mają konsekwencje biologiczne i behawioralne, które mogą prowadzić do adaptacji ewolucyjnych. Naukowcy już wcześniej szeroko badali ewolucję adaptacji okołodobowej u owadów, roślin i ryb, ale nie została ona dobrze zbadana u ludzi. Środowiska eurazjatyckie, w których neandertalczycy i denisowianie żyli przez kilkaset tysięcy lat, znajdują się na wyższych szerokościach geograficznych i charakteryzują się bardziej zmiennymi czasami światła dziennego niż krajobraz, w którym współczesny człowiek ewoluował przed opuszczeniem Afryki. W związku z tym naukowcy sprawdzili, czy istnieją dowody genetyczne na różnice w zegarach dobowych neandertalczyków i współczesnych ludzi.

Metodologia badań i wyniki

Naukowcy zdefiniowali zestaw 246 genów okołodobowych, łącząc wyszukiwanie w literaturze i wiedzę ekspercką. Znaleźli setki wariantów genetycznych specyficznych dla każdej linii, które mogą wpływać na geny zaangażowane w zegar dobowy. Korzystając z metod sztucznej inteligencji, wyróżnili 28 genów okołodobowych zawierających warianty, które mogą zmieniać splicing u archaicznych ludzi, oraz 16 genów okołodobowych, które prawdopodobnie są rozbieżnie regulowane u współczesnych ludzi i archaicznych homininów.

Wskazywało to, że prawdopodobnie istniały różnice funkcjonalne między zegarami dobowymi u archaicznych homininów i współczesnych ludzi. Ponieważ przodkowie współczesnych ludzi eurazjatyckich i neandertalczyków krzyżowali się, było zatem możliwe, że niektórzy ludzie mogli uzyskać od neandertalczyków warianty dobowe.

Aby to sprawdzić, naukowcy zbadali, czy warianty genetyczne poddane introgresji – warianty, które przeniosły się od neandertalczyków do współczesnych ludzi – mają powiązanie z preferencjami organizmu dotyczącymi czuwania i snu w dużej kohorcie kilkuset tysięcy osób z brytyjskiego Biobanku. Znaleźli wiele wariantów introgresji mających wpływ na preferencje dotyczące snu, a co najbardziej uderzające, odkryli, że warianty te konsekwentnie zwiększają poranek, czyli skłonność do wczesnego wstawania. Sugeruje to kierunkowy wpływ na cechę i jest zgodne z adaptacjami do dużych szerokości geograficznych obserwowanymi u innych zwierząt.

Zwiększona poranek u ludzi wiąże się ze skróconym okresem zegara dobowego. Jest to prawdopodobnie korzystne na wyższych szerokościach geograficznych, ponieważ wykazano, że umożliwia szybsze dostosowanie snu/czuwania do zewnętrznych sygnałów czasowych. Skrócone okresy dobowe są wymagane do synchronizacji z przedłużonymi letnimi okresami świetlnymi na dużych szerokościach geograficznych u muszek owocowych, a selekcja na krótsze okresy dobowe zaowocowała klinami równoleżnikowymi okresu malejącego wraz ze wzrostem szerokości geograficznej w naturalnych populacjach muszek owocowych.

Dlatego tendencja do poranności w wariantach introgresyjnych może wskazywać na selekcję w kierunku skróconego okresu dobowego w populacjach żyjących na dużych szerokościach geograficznych. Skłonność do bycia rannym człowiekiem mogła być ewolucyjnie korzystna dla naszych przodków żyjących na wyższych szerokościach geograficznych w Europie, a zatem byłaby cechą genetyczną neandertalczyka wartą zachowania.

„Łącząc starożytność DNAzakrojonych na szeroką skalę badań genetycznych u współczesnych ludzi i sztucznej inteligencji, odkryliśmy istotne różnice genetyczne w systemach okołodobowych neandertalczyków i ludzi współczesnych” – powiedział główny autor artykułu, John A. Capra.

„Następnie analizując fragmenty DNA neandertalczyka, które pozostają w genomach współczesnego człowieka, odkryliśmy uderzającą tendencję: wiele z nich ma wpływ na kontrolę genów okołodobowych u współczesnych ludzi, a efekty te zmierzają głównie w kierunku rosnącej skłonności do bycia poranna osoba. Zmiana ta jest zgodna z wpływem życia na wyższych szerokościach geograficznych na zegary dobowe zwierząt i prawdopodobnie umożliwia szybsze dostosowanie zegara dobowego do zmieniających się sezonowych wzorców oświetlenia.

„Nasze kolejne kroki obejmują zastosowanie tych analiz do bardziej zróżnicowanych współczesnych populacji ludzkich, zbadanie wpływu zidentyfikowanych przez nas wariantów neandertalczyka na zegar dobowy w systemach modelowych oraz zastosowanie podobnych analiz do innych potencjalnie adaptacyjnych cech”.

Odniesienie: „Archaiczne cechy okołodobowe człowieka ukształtowane przez introgresję” autorstwa Keili Velazquez-Arcelay, Laury L Colbran, Evonne McArthur, Colin M Brand, David C Rinker, Justin K Siemann, Douglas G McMahon i John A Capra, 14 grudnia 2023 r., Biologia i ewolucja genomu.
DOI: 10.1093/gbe/evad203