Новое исследование показывает, что генетический материал предков неандертальцев, возможно, способствовал тому, что некоторые современные люди склонны вставать рано, то есть людям, которым удобнее вставать и ложиться спать раньше. Результаты опубликованы в журнале Genome Biology and Evolution.
Все анатомически современные люди происходят из Африки около 300 000 лет назад, где факторы окружающей среды сформировали многие из их биологических особенностей. Примерно 70 000 лет назад предки современных евразийских людей начали мигрировать в Евразию, где они столкнулись с разнообразными новыми средами, включая более высокие широты с более сильными сезонными колебаниями дневного света и температуры.
Но другие гоминиды, такие как неандертальцы и денисовцы, жили в Евразии более 400 000 лет. Эти архаичные гоминиды отделились от современных людей около 700 000 лет назад, и в результате наши предки и архаичные гоминиды развивались в разных условиях окружающей среды. Это привело к накоплению специфичных для линии генетических вариаций и фенотипов. Когда люди пришли в Евразию, они скрестились с архаичными гомининами на континенте, и это создало для людей возможность получить генетические варианты, уже адаптированные к этой новой среде обитания.
Предыдущая работа продемонстрировала, что большая часть архаичных предков гомининов у современных людей не была полезной и удалена в результате естественного отбора, но некоторые из архаичных вариантов гомининов, оставшихся в человеческих популяциях, демонстрируют признаки адаптации. Например, архаичные генетические варианты связаны с различиями в уровнях гемоглобина на больших высотах у тибетцев, иммунной устойчивостью к новым патогенам, уровнем пигментации кожи и составом жира.
Изменения в характере и уровне воздействия света имеют биологические и поведенческие последствия, которые могут привести к эволюционной адаптации. Ученые ранее широко исследовали эволюцию циркадной адаптации у насекомых, растений и рыб, но у людей она изучена недостаточно.
Евразийская среда, где неандертальцы и денисовцы жили в течение нескольких сотен тысяч лет, расположена в более высоких широтах с более изменчивым временем светового дня, чем ландшафт, в котором современные люди развивались, прежде чем покинуть Африку. Таким образом, исследователи выяснили, существуют ли генетические доказательства различий в циркадных часах неандертальцев и современных людей.
Исследователи определили набор из 246 циркадных генов посредством сочетания поиска литературы и экспертных знаний. Они обнаружили сотни генетических вариантов, специфичных для каждой линии, которые могут влиять на гены, участвующие в циркадных часах. Используя методы искусственного интеллекта, они выделили 28 циркадных генов, содержащих варианты, способные изменить сплайсинг у архаичных людей, и 16 циркадных генов, которые, вероятно, по-разному регулируются у современных людей и архаичных гомининов.
Это указывало на то, что, вероятно, существовали функциональные различия в циркадных часах архаичных гомининов и современных людей. Поскольку предки современных евразийских людей и неандертальцев скрещивались, вполне возможно, что некоторые люди могли получить циркадные варианты от неандертальцев.
Чтобы проверить это, исследователи исследовали, связаны ли интрогрессивные генетические варианты — варианты, перешедшие от неандертальцев к современным людям, с предпочтениями тела в отношении бодрствования и сна в большой когорте из нескольких сотен тысяч человек из Британского биобанка.
Они обнаружили множество интрогрессивных вариантов, влияющих на предпочтение сна, и, что наиболее поразительно, они обнаружили, что эти варианты последовательно увеличивают «утренность», склонность рано просыпаться. Это предполагает направленное воздействие на признак и согласуется с адаптацией к высоким широтам, наблюдаемой у других животных.
Повышенная утренняя активность у людей связана с укороченным периодом циркадных часов. Это, вероятно, полезно в более высоких широтах, поскольку, как было показано, оно позволяет быстрее согласовывать сон/бодрствование с внешними сигналами синхронизации. Укороченные циркадные периоды необходимы для синхронизации с удлиненными периодами летнего освещения в высоких широтах у плодовых мух, а отбор на более короткие циркадные периоды привел к уменьшению широтных клинов периода с увеличением широты в естественных популяциях плодовых мух.
Таким образом, склонность к утреннему времени у интрогрессивных вариантов может указывать на отбор в сторону сокращения циркадного периода в популяциях, обитающих в высоких широтах. Склонность к жаворонку могла быть эволюционно полезной для наших предков, живших в более высоких широтах Европы, и, таким образом, была бы генетической характеристикой неандертальцев, которую стоит сохранить.
«Объединив древнюю ДНК, крупномасштабные генетические исследования современных людей и искусственный интеллект, мы обнаружили существенные генетические различия в циркадных системах неандертальцев и современных людей», — сказал ведущий автор статьи Джон А. Капра. «Затем, анализируя фрагменты ДНК неандертальцев, которые остались в геномах современного человека, мы обнаружили поразительную тенденцию: многие из них оказывают влияние на контроль циркадных генов у современных людей, и эти эффекты преимущественно направлены на увеличение склонности к Жаворонок.
«Это изменение согласуется с влиянием жизни в более высоких широтах на циркадные часы животных и, вероятно, позволяет более быстро привести циркадные часы в соответствие с меняющимися сезонными закономерностями освещения. Наши следующие шаги включают применение этого анализа к более разнообразным современным человеческим популяциям, изучение влияние неандертальских вариантов, которые мы выявили на циркадные часы в модельных системах, и применение аналогичного анализа к другим потенциально адаптивным чертам».
