Два генетических скачка, которые заставили нас идти

Новое исследование прослеживает трансформацию таза, которая позволила людям подняться с деревьев

Когда наши предки впервые встали на ноги, они не просто изменили способ передвижения. Они перестроили саму конструкцию своего скелета. Среди самых радикальных изменений был таз — опорная точка для мышц, равновесия и родов. Десятилетиями антропологи пытались понять, как конструкция, предназначенная для лазания, превратилась в чашеобразную платформу двуногого существа.

  Новое исследование в журнале Nature1погружается в эту тайну, сочетая эмбриологию, генетику и эволюционную биологию. Исследователи приходят к выводу, что человеческий таз не просто укоротился или расширился в результате постепенных изменений. Напротив, он претерпел два глубоких изменения — изменения, которые подготовили почву для ходьбы, бега и, в конечном итоге, рождения детей с большим мозгом.  

Проблема таза

Среди приматов человеческий таз является аномалией. У шимпанзе и горилл тазовые кости (подвздошные) высокие и лопастные, идеально подходят для крепления мышц, необходимых для лазания. У человека эти же кости расширяются к бокам, образуя чашу. Эта чаша поддерживает внутренние органы в вертикальном положении и служит точками крепления мышц, стабилизирующих тело при передвижении на двух ногах.

«То, как таз стал таким, всегда было центральным вопросом», — сказал Теренс Капеллини, старший автор исследования и профессор эволюционной биологии человека в Гарварде.

История в двух движениях

Проанализировав более 120 эмбриональных образцов человека и других приматов, а также используя передовые методы визуализации и молекулярные методы, группа выявила два ключевых эволюционных изменения.

Первым из них стала радикальная переориентация пластинки роста в подвздошной кости. На ранних стадиях развития человеческие эмбрионы имеют пластинки роста, расположенные по направлению «голова к хвосту», как и у других приматов. Но к седьмой неделе происходит нечто необычное: пластинка поворачивается на 90 градусов. Этот поворот смещает рост наружу, а не вверх, делая кость короткой и широкой, а не высокой и узкой.

«Гистология действительно показала, что опухоль фактически перевернулась на 90 градусов, став одновременно короткой и широкой», — сказал Капеллини.

Второе изменение касалось сроков. Формирование костей у человека (окостенение) начинается позже и распространяется иначе, чем у других приматов. Вместо того, чтобы затвердевать от центра к краям, окостенение подвздошной кости начинается вблизи крестца и распространяется к краям, в то время как сердцевина дольше остаётся мягкой. Эта задержка позволяет тазу сохранять свою раструбную форму во время роста.

Гены, лежащие в основе сдвига

Что привело к этим изменениям? Исследователи выявили более 300 генов, участвующих в этом процессе, но три из них особенно выделялись: SOX9 и PTH1R , контролирующие вращение пластины роста, и RUNX2 , влияющий на время окостенения. Мутации в этих генах у современных людей вызывают нарушения, которые значительно изменяют форму тазобедренного сустава, что подчёркивает их важность для развития таза.

«Эти генетические пути были перепрофилированы в ходе эволюции для ремоделирования таза», — сказала Гаяни Сеневиратне, ведущий автор исследования.

Когда это произошло?

Первое изменение — поворот пластины роста — вероятно, произошло вскоре после отделения нашей линии от африканских обезьян 5–8 миллионов лет назад. Задержка окостенения могла произойти позже, в период появления гоминидов с крупным мозгом в последние 2 миллиона лет. Эти адаптации помогли разрешить так называемую «акушерскую дилемму», сбалансировав потребности эффективного прямохождения с рождением детей с большой головой.

Окаменелости отражают эту постепенную трансформацию. Таз Ardipithecus ramidus возрастом 4,4 миллиона лет уже демонстрирует признаки двуногого развития. К 3,2 миллиона лет назад у Australopithecus afarensis , более известного как Люси, подвздошные кости полностью раздвинулись для прямохождения.

«С этого момента у всех ископаемых гоминидов таз развивался иначе, чем у любых других приматов», — отметил Капеллини.

Почему это важно

Это исследование не просто объясняет фрагмент анатомии. Оно показывает, как радикальные изменения в биологии развития могут способствовать эволюционным инновациям, превращая лазающих обезьян в ходоков на большие расстояния. Оно также переосмысливает антропологическую интерпретацию окаменелостей тазовых костей: теперь они видят не просто остатки формы, а ключи к пониманию процессов, скрытых на самых ранних стадиях жизни.

Источник: www.anthropology.net