Švinas ir žmogaus smegenys: naujas žvilgsnis į mūsų intelekto evoliuciją

Tarptautinė mokslininkų komanda nustatė, kad žmonių pirmtakai ir išnykusios žmogbeždžionės su toksišku švinu susidūrė gerokai anksčiau, nei manyta iki šiol – net iki dviejų milijonų metų prieš pradedant šviną kryptingai kasti ir naudoti. Nauji duomenys rodo, kad ilgalaikė tarša galėjo pristabdyti daugelio rūšių smegenų raidą, o šiuolaikiniams žmonėms pranašumą suteikė specifinė apsauginė genetinė variacija.

Tyrimas, publikuotas žurnale Science Advances, kelia naujų klausimų apie tai, kaip aplinkos nuodai veikė kalbos susiformavimą, socialinius gebėjimus ir galėjo prisidėti prie neandertaliečių išnykimo.

Švinas dantyse – nuo ankstyvųjų hominidų iki XX amžiaus

Kalifornijos universiteto San Diege (UC San Diego) mokslininkai ištyrė 51 hominido suakmenėjusius dantis, rastus Afrikoje, Azijoje ir Europoje. Mėginiuose buvo tiek šiuolaikinių ir archajiškų žmonių (įskaitant neandertaliečius), tiek ankstyvųjų mūsų protėvių, pavyzdžiui, Australopithecus africanus, bei išnykusių didžiųjų žmogbeždžionių, tokių kaip Gigantopithecus blacki.

Švino pėdsakai aptikti net 73 proc. visų tirtų fosilijų. Tarp šiuolaikinių ir archajiškų žmonių pavyzdžių užterštumas siekė 71 proc., o seniausi, maždaug 1,8 mln. metų senumo G. blacki dantys rodė ypač didelius ūmaus poveikio lygius.

Iki šiol buvo manyta, kad didesnė žmogaus ekspozicija švinui prasidėjo tik istoriniu laikotarpiu – romėnų laikais naudojant švino vamzdžius vandentiekiui ir ypač per pramonės revoliuciją. Tačiau nauja analizė leidžia manyti, kad natūralūs šaltiniai, tikėtina, buvo pavojingi jau ankstyviesiems hominidams.

Įdomu tai, kad žmonių, gimusių XX a. viduryje – kai plačiai naudotas švinu prisodrintas benzinas ir dažai, – dantų emalyje nustatyti panašūs užterštumo raštai kaip ir senoviniuose fosiliniuose mėginiuose. Tai rodo, kad skirtingais laikotarpiais žmonės patyrė panašaus pobūdžio, nors ir skirtingos kilmės, švino poveikį.

Galimi švino šaltiniai priešistorėje

Mokslininkai spėja, kad ankstyvieji žmonės ir jų giminaičiai švino galėjo gauti ieškodami vandens šaltinių, ypač uolėtose vietovėse.

Viena iš hipotezių: hominidai rinkosi urvus, kuriuose tekėdavo vanduo. Uolienose dažnai būna švino junginių, tad tokiose vietose jie galėjo nuolat susidurti su metalų tarša. Pagal dantų emalio sluoksnius matyti, kad poveikis prasidėdavo labai anksti, dar kūdikystėje.

Švinas, kaip žinoma iš šiuolaikinių tyrimų, trikdo smegenų augimą, blogina intelekto raidą, mokymosi gebėjimus ir emocinį reguliavimą. Todėl kilo klausimas: kaip šiuolaikiniai žmonės sugebėjo išsivystyti ir išlaikyti sudėtingas kognityvines funkcijas, jei evoliucijos eigoje taip pat nuolat susidurdavo su šiuo nuodu?

NOVA1 genas – mažas pokytis su didelėmis pasekmėmis

Dėmesys sutelktas į geną NOVA1 (neuro-oncological ventral antigen 1), kuris yra vienas pagrindinių smegenų vystymąsi ir sinapsių formavimą reguliuojančių veiksnių. Šis genas padeda nustatyti, kaip nervų kamieninės ląstelės reaguoja į aplinkos poveikį, įskaitant šviną.

Beveik visi šiuolaikiniai žmonės turi NOVA1 variaciją, kuri vienu DNR bazių poros skirtumu skiriasi nuo neandertaliečiams būdingos versijos. Ankstesniuose eksperimentuose, kuriuose buvo auginami miniatiūriniai smegenų modeliai (organoidai), parodyta, kad pakeitus šiuolaikinį NOVA1 senesne, „archajiška“ versija, pakinta organoidų struktūra ir junglumas.

Archajiška geno versija lėmė greitesnį ankstyvą smegenų brendimą, bet mažesnį ilgesnės trukmės sudėtingumą. Tai leidžia manyti, kad evoliucijoje šiuolaikinė geno forma buvo stipriai atrenkama, nes suteikė tam tikrą pranašumą – tikėtina, susijusį su pažangesnėmis kognityvinėmis funkcijomis.

Kaip švinas veikė skirtingas geno versijas

Naujajame tyrime glių ir neuronų organoidai buvo sukurti dviem variantais: su šiuolaikine ir su archajiška NOVA1 versija. Abu tipai buvo veikiami švino, o mokslininkai stebėjo žievės ir gilesnių smegenų sričių (talamuso) neuronų augimą.

Rezultatas parodė, kad švinas keičia NOVA1 aktyvumą abiejuose organoidų tipuose ir veikia daug genų, susijusių su neurologiniais sutrikimais, įskaitant autizmą ir epilepsiją. Tačiau esminis skirtumas išryškėjo analizuojant kalbos vystymuisi svarbų geną FOXP2.

FOXP2 mutacijos šiuolaikiniams žmonėms siejamos su sunkumais formuojant žodžius, kalbos apraxija ir kitais kalbėjimo sutrikimais. Tyrėjai nustatė, kad švino poveikis archajiškos NOVA1 versijos fone keitė FOXP2 reguliaciją ryškiau nei šiuolaikinės versijos atveju.

Organidų, turinčių archajišką NOVA1, neuronai, susiję su sudėtingos kalbos funkcijomis, buvo jautresni žūčiai. Genų seka FOXP2 atveju yra tokia pati tiek šiuolaikiniams žmonėms, tiek neandertaliečiams, tačiau skiriasi tai, kaip šį geną reguliuoja NOVA1 – ir būtent šis skirtumas, anot autorių, gali būti svarbus aiškinant kalbos gebėjimų evoliuciją.

Kalba kaip evoliucinis „superginklas“

Tyrimo autoriai daro prielaidą, kad šiuolaikinė NOVA1 variacija galėjo apsaugoti žmogaus smegenis nuo dalies švino žalos, ypač tose srityse, kurios atsakingos už kalbą ir socialinę sąveiką. Tai būtų suteikę Homo sapiens reikšmingą pranašumą, palyginti su neandertaliečiais ir kitais hominidais, kurie tokios apsaugos neturėjo.

Kalba leidžia organizuoti sudėtingas socialines struktūras, perduoti žinias tarp kartų, planuoti ir koordinuoti didelio masto veiklą. Autoriai pabrėžia, kad iki šiol nėra įtikinamų įrodymų, jog neandertaliečiai buvo pajėgūs tokio lygio kalbinei ir socialinei organizacijai kaip šiuolaikiniai žmonės, nors jų mąstymas galėjo būti abstraktus.

Tyrėjai taip pat kelia hipotezę, jog ilgalaikis švino poveikis, derinyje su mažiau apsaugine NOVA1 versija, galėjo prisidėti prie neandertaliečių populiacijų silpnėjimo ir galiausiai prie jų išnykimo maždaug prieš 40 tūkst. metų. Tai nėra vienintelis galimas paaiškinimas, bet nauji duomenys rodo, kad aplinkos nuodai galėjo vaidinti didesnį vaidmenį nei manyta anksčiau.

Reikšmė šiuolaikinei medicinai ir visuomenės sveikatai

Nors tyrimas daugiausia susijęs su evoliucijos istorija, jis turi ir šiandieninių pasekmių. Geriau supratus, kaip skirtingos NOVA1 variacijos veikia FOXP2 ir kitus kalbai bei socialinei raidai svarbius genus, galima tiksliau aiškintis kalbos sutrikimų ir kai kurių neurologinių būklių kilmę.

Šis darbas papildomai patvirtina, kad švino poveikis yra itin pavojingas vystančioms smegenims. Net ir esant genetinei apsaugai, kuri, tikėtina, padėjo šiuolaikiniams žmonėms išgyventi ankstyvojoje istorijoje, žala intelektui, emocinei sveikatai ir elgesiui išlieka reikšminga. Todėl visuomenės sveikatos priemonės, mažinančios kontaktą su švinu būstuose, geriamajame vandenyje ir darbo aplinkoje, išlieka ypač svarbios.

Mokslininkai pabrėžia, kad tolesni tyrimai turėtų padėti tiksliau įvertinti, kaip aplinkos toksinai formavo žmogaus smegenų raidą ir kodėl kai kurios populiacijos ar rūšys pasirodė atsparesnės nei kitos.