Изменения в активности генов изменили форму бедер наших предков, заложив основу для прямохождения
На этом анатомическом рисунке скелеты человека, гориллы, шимпанзе, орангутанга и гиббона стоят рядом друг с другом. Ученые обнаружили два генетических сдвига в организме человека, которые отличают таз от таза наших родственников-приматов и позволяют нам ходить прямо.
Два небольших генетических изменения изменили форму человеческого таза, направив наших ранних предков на путь прямохождения, говорят ученые.
Одно генетическое изменение повернуло подвздошную кость — кость, на которую опираются ваши руки, когда вы кладете их на бедра, — на 90 градусов. Поворот переориентировал мышцы, которые прикрепляются к тазу, превратив систему для лазания и бега на всех четырех ногах в систему для стояния и ходьбы на двух ногах. Биолог-эволюционист Гаяни Сеневиратне (Gayani Senevirathne) из Гарвардского университета и его коллеги сообщают в журнале Nature, что еще одно изменение замедлило процесс превращения подвздошной кости из мягкого хряща в кость. 25 сентября. В результате получился характерный чашеобразный таз, который поддерживает вертикальное положение тела.
Хотя нечеловеческие приматы в некоторой степени могут ходить прямо, обычно они передвигаются на четвереньках. Недавно выявленные изменения в развитии органов малого таза человека были “необходимы для создания и перемещения мышц, которые обычно находятся на спине животного и толкают его вперед, а теперь расположены по бокам, помогая нам держаться прямо при ходьбе”, — говорит соавтор исследования Теренс Капеллини, биолог-эволюционист из Гарварда.
Исследователи изучили под микроскопом крошечные кусочки развивающейся ткани органов малого таза у людей, шимпанзе и мышей и сопоставили полученные данные с компьютерной томографией. Команда обнаружила, что хрящ подвздошной кости человека растет в стороны, а не вертикально, как у других приматов. Более того, хрящи превращаются в кости медленнее, чем у приматов и в других частях человеческого тела. В совокупности эти изменения позволяют тазу расширяться в стороны и сохранять свою широкую, чашеобразную форму по мере роста.
Генетический анализ связал эти изменения с биологическими переключателями, которые контролируют активность генов. У людей гены, формирующие хрящ, активируются в областях растущей подвздошной кости, что приводит к горизонтальному росту кости. Гены, отвечающие за формирование костей, включились позже и в разных местах, задерживая процесс затвердевания и позволяя хрящу расширяться в стороны. Дополнительное время роста помогает сформировать короткий и широкий таз, который обеспечивает устойчивость человека на двух ногах.
Поскольку гены развития у всех приматов в основном одинаковы, команда исследователей пришла к выводу, что перестройка генов произошла на ранней стадии развития гоминид, после того как люди отделились от шимпанзе. Полученные результаты подтверждают центральную идею эволюционной биологии развития: большие скачки в анатомии часто происходят из-за незначительных изменений во времени и локализации активности генов, а не из-за появления совершенно новых генов.
“Работа Терри и его лаборатории показала, что это не просто ротация, это другой способ роста”, — говорит антрополог Кэрол Уорд из Университета Миссури в Колумбии. “Одна из самых важных особенностей этого изменения заключается в том, что оно показывает, насколько важно было развить способность стоять на одной ноге одновременно, что позволяет нам ходить на двух ногах”.
Исследования команды начинались не как история эволюции. Ученые, финансируемые Национальным институтом здравоохранения, изучали, как формируются таз и колени, чтобы лучше понять заболевания тазобедренного сустава. “Это было направлено на биомедицинские исследования, — говорит Капеллини, — чтобы понять, как устроен таз и чем он отличается [от других приматов и мышей], и, что более важно, почему это приводит к заболеваниям”.
По иронии судьбы, изменения, которые сделали возможной ходьбу, могли также сделать наши бедра более уязвимыми для остеоартрита, который гораздо чаще встречается у людей, чем у других приматов.
Изменения, возможно, имели и другой неожиданный побочный эффект, предполагает Капеллини. Более широкие бедра могли бы проложить путь к более просторным родовым путям, что впоследствии привело к появлению детей с более крупным мозгом. “Это интересный теоретический вопрос, — говорит он, — но на самом деле он мог бы стать практическим стимулом для будущей эволюции мозга”.