І ще про колір шкіри чому ми білі і чому ми засмагаємо.
У минулій колонці ми встановили, чому шкіра корінного населення Африки (континенту, де виник наш вид), має більш менш чорний колір. Хоча потреби терморегуляції мали сприяти освітленню шкіри африканців, дія цього фактора була подолана ще більш потужним вектором відбору — необхідністю зменшити ймовірність виникнення пухлин.
І для захисту від пухлин, і для збереження фолієвої кислоти людям вигідно мати темну шкіру, багату на меланін. Європейці походять від африканців – отже, їхня шкіра з часом світлішала. Це свідчить про наявність якогось ще потужнішого фактора, що визначає колір шкіри. Цей фактор пов'язаний із вітаміном D, надзвичайно важливим для регуляції обміну кальцію та фосфору.
Насправді регулятор кальцієвого обміну утворюється у нирках. Для цього туди з печінки надходить його попередник, пов'язаний із білком-переносником. Те, що відбувається у шкірі, — це ще ранні стадії метаболізму вітаміну D.
Метаболізм вітаміну D відповідно до класичного підручника А. Ленінджера (1985). Обмін кальцію регулює речовину, назва якої виділено червоним кольором. Справа показаний шлях отримання штучного провітаміну.
Чесно кажучи, я не розумію, чому регулятором вмісту іонів кальцію (надзвичайно важливого показника) стала речовина, яка у всіх організмів утворюється в ході фотохімічної реакції, тобто щодо «ненадійним» шляхом. Чому не реалізувався якийсь простіший шлях? Але так чи інакше такий спосіб регуляції кальцієвого балансу набагато старший і нашого виду, і нашого роду, і навіть нашого класу.
Коли наші темношкірі предки почали заселяти помірні широти Євразії, вони почали отримуватименше ультрафіолету і недобирати вітаміну D. Нічим хорошим такий брак не закінчується. У дорослих вона веде до остеомаляції (розм'якшення кісток), у дітей – до рахіту.
Вам здається, що рак шкіри страшніший за рахіт? Не поспішайте з висновками. Рак вражає людей у різному віці, але найчастіше — зрілих (накопичення соматичних мутацій, що призводить до злоякісного зростання, може бути досить тривалим процесом). Багато людей, які вмирають від раку, встигають залишити потомство і передати свої гени дітям. Рахітом у невідповідних умовах хворіють практично всі діти. З млявих рахітичних дітей розвиваються мляві дорослі з деформованим скелетом та цілим букетом супутніх аномалій. Жінки, які перенесли в дитинстві цю хворобу в серйозній формі, за відсутності адекватної медичної допомоги з великою ймовірністю помруть під час перших пологів (зараз їм та їхнім дітям зберігають життя за допомогою кесаревого розтину). Мабуть, мисливці, які з печінкою здобутих тварин значну кількість вітаміну D, були більш стійкі до рахіту, ніж землероби, але відбір на стійкість до рахіту мав іти серед них.
Ті люди, які (можливо, в силу своєї світлішої шкіри) страждатимуть від рахіту меншою мірою або взагалі зможуть його уникнути, залишать набагато більше нащадків. Отже, хоч рак веде до швидкої смерті, а рахіт — ні, відбір на запобігання рахіту може бути сильнішим!
Тепер ви зрозуміли, чому наша шкіра біла? Залишилося пояснити, чому ми засмагаємо!
Загар - специфічна реакція людей зі світлою (але не надмірно світлою!) шкірою. Негроїди не засмагають: синтез меланіну в їхній шкірі не залежить від ультрафіолетового опромінення. Найлегше засмагають брюнети, які й самі по собі мають смагляву шкіру; найскладніше засмагнути і уникнутисонячного опіку блондинам із дуже світлою шкірою. Негроїди мають шкіру з фототипом IV за класифікацією Томаса Фітцпатріка; нездатних засмагнути білошкірих людей характеризує фототип I; більшість читачів цієї колонки належать до одного з проміжних типів.
Я тимчасово перерву розмову про колір шкіри, щоб звернутися до одного із спірних питань сучасної еволюційної біології. У школі ви вчили, що ознаки організму поділяються на спадкові та неспадкові. Різноманітність спадкових ознак відбиває мутаційну мінливість, що має значення для еволюції; Неспадкові ознаки називаються «модифікаціями» і здебільшого еволюційно безперспективні. Такий підхід уражає СТЕ, «синтетичної теорією еволюції». У рамках підходу, що мені подобається, СТЕ можна розглядати як II еволюційний синтез, досягнутий близько 70 років тому.
Оптимальною основою для ІІІ еволюційного синтезу я вважаю ЕТЕ, епігенетичну теорію еволюції. З погляду ЕТЕ ознаки діляться не так на спадкові (мутаційні) і ненаследственные (модифікаційні), але в стійкі у реалізації і нестійкі.
«Поняття «мутації» і «модифікації» насправді абсолютно непорівнянні, оскільки перше ставиться до порівняння особин, а друге — порівняння можливостей розвитку однієї й тієї особини» (Шишкін, 1987).
Кожен організм має свій генотип, тобто комплекс вроджених задатків. Всі ознаки організму виникають в ході онтогенезу, індивідуального розвитку, в ході взаємодії системи, що розвивається, з середовищем. Розвиток - Вибір певного стану з безлічі можливих. Кожен генотип характеризується певним полем можливих станів кожної ознаки, що реалізуються в різних умовах із різною ймовірністю. Стійкі ознакизакономірно виявлятимуться в різних умовах середовища. Нестійкі реалізовуватимуться лише у разі специфічного середовищного впливу. Будь-які, навіть травматичні «модифікації» виявляються частиною онтогенетичних траєкторій, доступних організму з цим генотипом у цьому середовищі.
Описана мною різниця здається вам несуттєвою, а сама суперечка про класифікацію ознак — схоластичну? Ви недооцінюєте, скільки наслідків випливає з цієї різниці СТЕ та ЕТЕ…
Так ось, при становленні відносно світлої шкіри відбулася не тільки зміна певної кількісної ознаки (змісту меланіну в шкірі). Одна норма, що стійко реалізується, «розщепилася» на дві, перемикання між якими залежить від середовищних впливів. Втім, якщо бути точними, ми бачимо два крайні варіанти з повним спектром переходів між ними. Більше того, перехід від одного стану до іншого протягом життя може відбуватися багато разів! Коли ми говоримо про засмагу, нам здається, що це сонячне проміння «робить» нашу шкіру темною (як, наприклад, інфрачервоні промені в духовці створюють хрумку скоринку на курці, що випікається). Ні! Наша шкіра сама стає темнішою або світлішою залежно від характеру одержуваного випромінювання.
Мало ультрафіолету – гострішою небезпекою є ризик рахіту – шкіра буде прозорою для фотохімічно активних променів. Організм отримав достатню кількість УФ-опромінення – небезпека рахіту відступила, але зріс ризик злоякісних утворень – у шкірі утворюється тимчасовий меланіновий «щит». На мою думку, це гарна адаптація.
Ви пам'ятаєте, у попередній колонці я звертав увагу на те, що шкіра корінних жителів Африки темніша, ніж у корінних жителів Центральної Америки? Не шукайте відповіді у специфіці життя африканців таамериканців; якщо вона і є, справа не в ній. Причина в іншому - в передісторії (і це цілком типово).
Шкіра наших предків, що втратили шерсть, була світлою. З причин, обговорених у минулій колонці, вона почала темніти. Якого саме тону вона була на кожному певному етапі, ми поки що впевнено не знаємо, хоча можемо висловлювати про це обґрунтовані припущення.
На малюнку нижче я зібрав три різні зображення Homo erectus, пітекантропа. Все це – сучасні реконструкції, де цей наш предок – цілком обґрунтовано – схожий на нас. Старі жахливі картинки, на яких пітекантропи зображалися згубними волохатими виродками, я обговорювати не хочу.
Три реконструкції Homo Erectus. Джерела: першою, другою, третьою.
На якій із реконструкцій колір шкіри показаний найбільш правдоподібно? Чи не на першій. Навіть якщо на ній зображено азіатський, а не африканський еректус, його шкіра має бути набагато темнішою. Як-не-як, це вже справжній представник роду Людина, за плечима якої тривала еволюція без щільного шерстного покриву.
З третьою картинкою я теж не цілком погоджуюся. Експресивний чоловік, показаний на ній, має ебенову шкіру, майже таку ж темну, як шкіра найтемніших сучасних африканців. Все-таки з часів Homo erectus пройшло багато часу, і відбір проти раку шкіри мав зробити її значно темнішим.
Отже, вибираємо другу реконструкцію! Вона, до речі, здається мені найбільш правдоподібною і з інших деталей зовнішнього вигляду нашого родича. Ймовірно, наші предки були такими. У їхніх нащадків, що мешкали в Африці, шкіра продовжувала темніти. А потім у тих із них, які заселили Євразію, вона почала світлішати. У більшості (що відноситься до фототипів II, III і IV) виникли дві значно відрізняються один віддруга тимчасові норми, перемикання між якими залежить від ультрафіолетової інсоляції. Може, якусь роль у цьому процесі відіграло і схрещування з неандертальцями, які мали набагато довшу історію життя в Євразії та мали мати світлішу шкіру.
"Мітохондріальна" (заснована на аналізі еволюції геному внутрішньоклітинних симбіонтів - мітохондрій) карта розселення Homo sapiens по планеті. Позначення у білих гуртках - мітохондріальні лінії; кольорові дуги і круги - оцінка часу, що минув після заселення цих територій. Джерело - Вікіпедія
При заселенні Азії передові загони рухалися вздовж узбережжя Індійського океану. Вони досить швидко заселили острови Південно-Східної Азії та Океанії, а потім і Австралію. Вони зберегли вихідний для нашого вигляду темний колір шкіри.
Ті переселенці, які просувалися на північ, змушені були світлішати. Найсильніше відбір зменшення кількості меланіну в шкірі позначився на сіверянах. Втім, народи Крайньої Півночі, які живуть рибальством і часто харчуються печінкою морських ссавців, залишилися несподівано темношкірими. Їм нема чого світлішати, тому що їх їжа містить багато вітаміну D.
Під час зледеніння значна маса води виявлялася пов'язана в льодовиках. Рівень води в океанах знизився, і на місці нинішньої протоки Берингова оголився масив суші - Берінгія. Вона то покривалася крижинами, то значною мірою звільнялася від них. За мамонтовими степами (особливим, зниклим сьогодні біоценозом) Берінгії фауна Північно-Східної Азії, включаючи людей, проникла до Північної Америки. Перед ними відкрився сухопутний масив, що тягнеться від Аляски до Патагонії. У міру їхнього розселення в помірних широтах Північної Америки їхня шкіра продовжувала світлішати. У жителів низьких широт шкіра почала темніти,але так і не встигла стати такою ж темною, як у корінних африканців. У жителів помірних широт Південної Америки шкіра знову почала світлішати.
Обговорені тут чинники накладалися на складні процеси етногенезу, війни та переселення народів. Результатом їх стала та мозаїка кольорів шкіри, яку ми й спостерігаємо.
А потім спосіб життя більшості людей на планеті кардинально змінився. До нього увійшли одяг та солярії, життя в приміщенні та використання кремів від і для засмаги, онкоцентри та вітамінопрофілактика. Вектори відбору, що діє на нас стали різко змінюватися. Закономірний, обумовлений кліматом характер зміни кольору шкіри у представників глобального людства не буде досягнуто вже ніколи.
Пам'ятаєте, я згадував концепцію адаптивного компромісу, запропоновану Олександром Павловичем Расніцином? Колір шкіри – гарний приклад такого компромісу. Ця ознака не має однієї причини, вона є результатом врівноваження різноспрямованих еволюційних тенденцій. Якщо при знайомстві з цією і попередньою колонкою вам здалося, що колір шкіри регулюється складніше, ніж інші наші характеристики, ви, ймовірно, чогось недозрозуміли. Ми просто не обговорювали суперечливі комплекси вимог, що висуваються відбором до всіх інших наших (і не лише наших) ознак.
Скільки пристойний обсяг колонки вичерпався раніше, ніж ті загальноекологічні висновки, які мені хочеться в ній обговорити. Що ж, може, продовжу цю розмову з часом...