hirsh_ben_arie (idelsong) wrote,
hirsh_ben_arie
idelsong

Category:

Про цвет

Все разнообразие цветов кожи, волос, и возможно, глаз определяется всего лишь соотношением в количестве двух пигментов: эумеланина и феомеланина. И тот и другой пигмент - в действительности полимеры с не вполне постоянным составом, так что цвет эумеланина может варьировать от черного до коричневого. Чистый феомеланин - красноватый: он бывает в губах, сосках и прочих частях тела, которым положено быть пигментированными таким образом. Повышенное количество феомеланина в волосах проявляется как рыжий цвет (см. рисунок из статьи  [1]).

 

Оба пигмента синтезируются в специальных клетках - меланоцитах, внутри специальных органелл - меланосом. Меланоциты затем передают зрелые меланосомы другим клеткам: кератиноцитам в случае кожи, волосяным фолликулам в случае волос. Оба пигмента делаются из аминокислоты тирозина, частично - под действием ферментов; некоторые реакции могут происходить спонтанно и без ферментов, иногда под действием ферментов быстрее, чем без них. Для феомеланина нужна еще другая аминокислота - цистеин.

Всем известно, что эумеланин защищает кожу от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, а феомеланин - нет. Есть тесная связь между цветом кожи и широтой проживания: чем ближе к экватору, тем кожа темнее. На рисунке показано географическое распределение цвета кожи среди native populations.



Современные люди появились в Африке и распространились оттуда несколькими волнами. Судя по всему, люди исходно были черными. Но где, когда и почему выходцы из Африки посветлели? Было ли это следствием естественного отбора, или это связано со случайными - нейтральными - изменениями, вклад которых может быть очень существенен, если исходная группа очень мала. За последние 10 лет очень много чего в этой теме стало понятно.

Есть такая аквариумная рыбка - Danio rerio. По-английски она называется zebrafish, по-русски ее иногда называют "дамский чулок". Обычно эта рыбка полосатая, но бывает мутация, приводящая к золотистой окраске. В 2005 г. генетик Keith Cheng изучал, как выглядят у золотой рыбки меланоциты. Оказалось, что они содержат меланин, но, мало, и меланосомы внутри них - маленькие и недоделанные (см. картинку из [2]; А,C,E – дикий тип, B,D,F – "золотая рыбка").

Оказалось, что ген, мутантный у "золотой рыбки", не имеет непосредственного отношения к синтезу пигмента: это ген SLC24A5, кодирующий так называемый potassium-dependent sodium/calcium exchanger. Он экспрессируется в меланосомах и, по-видимому, как-то влияет на транспорт в них аминокислот тирозина. Keith Cheng проявил главное свойство ученого - внимательность. Он проверил, нет ли различий в гене SLC24A5 между разными расами. Обнаружил интересную вещь: в этом гене одно-единственное место, где встречаются разные варианты последовательности белка: аминокислота  111 в белке SLC24A5 может быть либо аланином, либо треонином. При этом у 98-100% белых европейцев - вариант с треонином, а у 93-100% африканцев - с аланином. А у смешанных черно-белых пар - есть четкая корреляция между вариантом и цветом кожи.

Когда проверили у восточно-азиатских народов, оказалось, что у них у всех, вне зависимости от цвета кожи, африканский вариант.

Есть разные способы проверить, является ли распространение данного варианта случайным или связано с репродуктивным преимуществом. И, если преимущество реализовано не очень давно (<10,000 лет назад), оценить этот возраст. Так вот, получается, что европейский вариант распространился не очень давно: 6-10 тыс. лет назад. Причем посредством отбора.

Это не единственный ген, имеющий отношение к цвету кожи. Другой транспортер, SLC45A2 (другое название - MATP), тоже имеет варианты, присущие только европейцам. В нем, правда, большее разнообразие вариантов. Зато показано, что у поляков один из вариантов этого гена коррелирует со светлыми волосами. И про варианты этого гена также показано, что они появились вследствие отбора, и не очень давно. И по этому гену тоже восточно-азиатские народы не отличаются от африканцев. А есть гены, также коррелирующие с цветом кожи, но распространенные широко за пределами Африки. Принятая сейчас точка зрения - что восточно-азиатские народы приобрели светлый цвет кожи за счет других мутаций, то есть конвергентно [3].

Понятно, что в тропических широтах темный цвет кожи желателен и даже необходим. Но почему так сильно понадобилось избавиться от него в умеренных широтах, что две разные популяции, разными путями, поспешили от него избавиться за столь короткий срок? Среди разных теорий, наиболее разумно выглядит вот какая [4]: человеку необходим витамин D. Его дефицит приводит к большим проблемам с обменом кальция. У детей это называется рахитом, у взрослых -  остеомаляцией - размягчением костей.  

Витамин D может попадать в человеческий организм двумя способами: либо синтезироваться из холестерина под действием ультрафиолетового цвета, либо получаться из пищи: классического рыбьего жира или, в меньшей степени, мяса. В тропических широтах ультрафиолета хватает даже при темной коже. В более умеренных - зависит от диеты. При рыбно-мясной диете - хватит. А вот при переходе к зерновым, да в умеренных широтах - может не хватить. Вот тут, да еще когда стали продвигаться на север, да еще когда стали одеваться - белая кожа становится жизненно необходима! (Ну, или современное сбалансированное питание).

Параллельно стоит остановиться еще на одном интересном гене: MC1R. Это рецептор гормона, стимулирующего синтез эумеланина. У этого гена - обратная ситуация: разнообразие аллельных вариантов у европейцев, и однообразие у африканцев. Судя по всему, он жизненно необходим в тропических широтах, и ни зачем не нужен (и потому подвержен нейтральным мутациям) в Европе [4]. Его нефункциональные варианты хорошо коррелируют с количеством феомеланина и, стало быть, с рыжим цветом волос [1].



PS. Если вдуматься, то этот пост связан с 9 мая самым непосредственным образом.

  1. Ito,S., and Wakamatsu K. (2011) J. Eur. Acad. Derm. Venereol. 25:1369 [ссылка
  2. Lamason, R.L. et al. (2005) Science 310:1782 [PubMed]
  3. Norton, H.L., et al. (2006) Mol .Biol. Evol. 24:710 [ссылка
  4. Rees, J.L., and Harding, R.M. (2012) J. Invest. Dermatol. 132:846 [ссылка]
  5. Coop, G. et al. (2009) PLoS Genet. 5: e1000500 [ссылка]
Tags: чуть-чуть биологии
Subscribe

  • А нам, евреям, повезло...

    Я уже писал об этом когда-то. У меня есть очень удобный критерий, как отличить фрика. Достаточно посмотреть, что он пишет про евреев. Не "любит…

  • Эта местность мне знакома, как окраина Китая!

    Интересные вещи происходят у нас на глазах. В декабре 2019 г. Китай объявил, что новый вирус пришел с рынка морепродуктов в Хуанане. Но после этого…

  • (no subject)

    Из комментов: В данном случае <эпидемии коронавируса> и опасности от бездействия властей, и средства принуждения - постмодернистские, что и…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 16 comments

  • А нам, евреям, повезло...

    Я уже писал об этом когда-то. У меня есть очень удобный критерий, как отличить фрика. Достаточно посмотреть, что он пишет про евреев. Не "любит…

  • Эта местность мне знакома, как окраина Китая!

    Интересные вещи происходят у нас на глазах. В декабре 2019 г. Китай объявил, что новый вирус пришел с рынка морепродуктов в Хуанане. Но после этого…

  • (no subject)

    Из комментов: В данном случае <эпидемии коронавируса> и опасности от бездействия властей, и средства принуждения - постмодернистские, что и…