Защо човекът има най-добрата самоохлаждаща система

Човешката кожа е покрита с множество потни жлези. Те са 10 пъти повече от тези на шимпанзето и макака. Изследователи от медицинския център „Penn Medicine“ успяват да разгадаят как еволюира през вековете суперохлаждащата способност на хората. Изследване, публикувано на 13.04.2021 г. в списание „The Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“, сочи, че големият брой потни жлези до голяма степен се дължи на натрупваните във времето промени в определен участък от ДНК, наричан участък по подобренията, който предизвиква експресията на ген, свързан с образуването на все повече нови жлези. Така човекът се превръща в най-потящия се представител на семейство Човекоподобни.

Екринните потни жлези – резултат от древен еволюционен механизъм

Яна Камберов, асистент по генетика в „Penn Medicine“, пояснява: „Намерихме най-солидното доказателство за ключовата роля на генетиката при формирането на характерни само за човека отличителни белези. Проучването е важно не само, защото разкрива как благодарение на еволюцията се е постигнало разнообразието на видовете, но и защото ни дава възможност да научим повече за човешката биология.

Учените смятат, че многобройните потни екринни жлези са отражение на древен еволюционен механизъм за адаптация. Приспособяването, заедно със загубата на козина при ранните хоминини, води до появата на един изключително усъвършенстван метод за охлаждане чрез отделяне на пот. Комбинацията от опадала козина и добро регулиране на вътрешната температура от своя страна им е помогнала да бягат по-бързо, да ловуват и като цяло да оцеляват по-добре в горещите и почти пусти африкански савани, които се характеризират със съвсем различни условия за живот от тези, предлагани в джунглата.

Ролята на гена EN1 при образуването на потни жлези

По време на свое проучване през 2015 г. Камберов и нейни колеги откриват, че нивото на експресия на гена Engrailed 1 - EN1 в хората спомага за по-лесното определяне гъстотата на екринните жлези при лабораторни мишки. EN1 кодира протеин на фактор на транскрипция, който стимулира образуването на екринни жлези в иначе незрялата кожа по време на развитието на човешкото тяло. Оттам екипът стига до заключението, че най-вероятно изобилието на потни жлези в човешката кожа се дължи на генетични промени, които са ускорили производството на протеина EN1 в кожата.

Активността на гените често се повлиява от наблизо намиращите се региони на ДНК, известни като участъци за подобрение. В тях могат да се свържат факторите, които активират определени гени, като по този начин подпомагат генната експресия. В своето изследване Камберов и екипът се натъкват на участъка за подобрения hECE18, който стимулира производството на протеин EN1 в кожата и образуването на повече екринни жлези.

ДНК участък hECE18

Човешката версия на hECE18 е по-активна от тази при човекоподобните маймуни или макаците. По-високата активност от своя страна означава засилено производство на EN1 в кожата.

По-късно учените извършват анализ на индивидуалните мутации, които отличават човешкия ДНК участък hECE18 и показват защо някои от тях ускоряват експресията на гена EN1. Те извършват експеримент, като обръщат хода на мутациите до тяхната версия при шимпанзето и забелязват, че активността на hECE18 също спада до нивото на активност, присъща на животното.

По-стари проучвания върху еволюирали отличителни човешки особености като езика например ги асоциират със сложни генетични промени, настъпили в различни гени и ДНК региони, свързани с контрола над развитието и процесите. В конкретния случай Камберов и колегите й установяват, че поне донякъде обилното потене при хората е следствие от повтарящи се мутации в един-единствен участък, а именно hECE18. С други думи, този елемент е довел до формирането на все по-голям брой екринни жлези през дългите години на еволюция.

Камберов допълва: „Често тежките наранявания или изгаряния увреждат потните ни жлези, а ние все още не знаем как бихме могли да подпомогнем тяхното възстановяване. Надяваме се нашето проучване да ни приближи с една крачка към тази цел. Сега предстои да изследваме как точно взаимодействието между множеството мутации за повишаване на активността на hECE18 засилва експресията на гена EN1. Бихме могли да използваме тези основни биологични мутации, за да разберем какво точно свързват ДНК свързващите фактори в участъците за подобрение. Към момента успяхме да изясним кои са факторите, които чрез активиране на EN1 експресия, карат човешките клетки в кожата да образуват нови потни жлези.“

Изследването е подкрепено от Националната научна фондация, Националния институт по артритни, мускулно-скелетни и кожни заболявания, фонда „McCabe“ и други.