Баджау, «морські кочівники», генетично пристосовані до дайвінгу; Біомедичні реалії
Вони живуть у Південно-Східній Азії, регіон, де вони подорожують на невеликих дерев'яних човнах, курсуючи водами, що звиваються між Філіппінами, Малайзією та Індонезією. Більше тисячі років існування цих морських мисливців-збирачів багато в чому залежало від їжі, яку вони збирають, занурюючись на великі глибини.
Баджау, прозваний "морськими кочівниками", справді здатні спуститися іноді на більш ніж 70 метрів лише з вагами та парою дерев'яних окулярів. Вони щодня проводять понад 60% робочого часу, пірнаючи, найчастіше на відстані 5-7 метрів під поверхнею, харпунуючи рибу та восьминогів, збираючи ракоподібних та морські огірки.
Але як їм вдається так часто і протягом кількох хвилин плавати під водою без кисню? Дійсно, коли людина переживає апное з зануренням у холодну воду, виникає фізіологічна реакція. Цей занурювальний рефлекс призводить до уповільнення частоти серцевих скорочень (брадикардія), що призводить до зменшення споживання кисню та зменшення розмірів шкірних судин (периферична звуження судин). Ці реакції допомагають перерозподілити кров до органів, які найімовірніше страждають від нестачі кисню (гіпоксія).
Додайте до цього скорочення селезінки під дією гладком'язових волокон, що приводить до виштовхування еритроцитів, що несуть кисень, у кров. За підрахунками, досить простого скорочення селезінки, щоб направити в кровотік об’єм 160 мл еритроцитів, що сприяє збільшенню вмісту кисню в крові на 2,8% - 9,6%. Таким чином, функція скорочень селезінки полягала б у забезпеченні організму надлишком кисню, щоб людина могла збільшити час, витрачений на занурення.
Опублікований у 1999 році підсумковий огляд досліджень морських тварин (включаючи тюленів-слонів та тюленів Ведделла), здатних затамувати подих під час занурень, показав кореляцію між максимальним часом занурення та розміром селезінки. На сьогоднішній день жодного зв’язку між розмірами цього органу та водолазною здатністю у людей не досліджено на генетичному рівні.
Вчені з Данії (Університет Копенгагена), Великобританії (Кембриджський університет), пов'язані з американськими, голландськими та індонезійськими біологами, повідомляють у статті, опублікованій 18 квітня 2018 року в журналі Cell, що вони прагнули дізнатись, якими є генетичні характеристики, ймовірно пояснити надзвичайну адаптацію організму Баджау до занурень. Один із представників цієї національності сказав Мелісі Ілардо, першому автору статті, що колись він пірнав 13 хвилин поспіль * .
Дослідники проаналізували геном Баджау, щоб визначити, на які гени можуть бути враховані виняткові здібності дайвінгу цих "морських кочівників". Вони також досліджували, чи пов'язана ця генетична мінливість з розмірами селезінки, оскільки, здається, цей параметр сприяє переносимості нестачі кисню (гіпоксія).
Щоб визначити, чи є селезінка Баджау більшою за обсягом, ніж у сусідів, дослідники порівняли розмір цього органу з розміром органу Салуан - людей, особини яких мало взаємодіють із морським середовищем і не пірнають. За допомогою портативного ультразвукового апарату Мелісса Ілардо (Університет Копенгагена) оцінила розмір селезінки жителів етнічних груп Баджау та Салуан, що мешкають в 25 км один від одного на півострові індонезійського острова Сулавесі.
Велика селезінка
Дослідники відзначили, що селезінка Баджау значно більша, ніж у селеїну, навіть після контролю за віком, масою тіла та зростом особин. Різниця становить близько 50%, незалежно від того, чи є особи Баджау водолазами. Ці результати показують, що ця анатомічна різниця між Баджау і Салуаном не є результатом адаптаційної реакції на заняття дайвінгом, а, ймовірно, відповідає певному генетичному профілю.
Тому залишалось з’ясувати, що генетично відрізняє ці дві етнічні групи. Дослідники провели порівняльний аналіз геному баджау і салуанів, а також генома іншої етнічної групи (хань, більшість етнічних груп у Китаї). ДНК 59 особин баджау, 34 суб'єктів салуанської етнічної приналежності та 60 ханьських китайців вилучено із зразків слини.
Щоб зрозуміти, ви повинні знати, що 99,9% послідовності ДНК ідентичні між двома геномами людини, взятими навмання. Решта 0,1% містять варіації послідовностей, найпоширенішим типом яких є те, що фахівці називають однонуклеотидним поліморфізмом (SNP). SNP (одиничний нуклеотидний поліморфізм) стабільні та рівномірно розподілені по всьому геному. Ці варіації пов’язані з різноманітністю, що спостерігається між популяціями чи особинами. Тому генетики шукали генетичні варіації (SNP), присутні в Баджау, можливо пов'язані з їхньою адаптацією до дайвінгу.
Всього було виявлено 25 SNP, що відповідає значним відмінностям між геномами китайців Bajau, Saluan та Han. Серед цих генетичних варіацій одна істотно пов’язана з розмірами селезінки. Цей SNP містився в гені фосфодіестерази 10 А (PDE10A).
Генетичні варіації гена PDE10A допомогли збільшити обсяг селезінки Баджау, забезпечивши їм більший резервуар кисневих еритроцитів. Ілардо М.А. та ін. Клітинка. 2018 квіт. 19; 173 (3): 569-580.e15.
Розміри селезінки та функції щитовидної залози
Ген PDE10A сильно експресується в щитовидній залозі. Він регулює вироблення ферменту, який бере участь у виділенні гормонів щитовидної залози, що виробляються залозою. Ці результати вказують на те, що великі розміри селезінки Баджау є наслідком високого рівня гормонів щитовидної залози.
Хоча на сьогоднішній день не існує досліджень, які б показували прямий зв’язок між рівнем гормонів щитовидної залози та розмірами селезінки, дослідження на мишах показали таку кореляцію. Таким чином, миші, генетично спроектовані для народження при народженні із значним дефектом у виробництві гормонів щитовидної залози (вроджений гіпотиреоз), мають невелику селезінку. Однак ця аномалія оборотна, коли цим гризунам вводять гормони щитовидної залози. Нарешті, миші, які отримували високі дози цих гормонів протягом декількох тижнів, демонструють значне збільшення розміру селезінки.
Дослідники також показали, що зміни, виявлені в гені PDE10A Баяу, "чітко і суттєво" пов'язані з високою концентрацією в крові тиреоїдного гормону Т4 (тироксину).
Оскільки гормони щитовидної залози регулюють вироблення еритроцитів під час постнатального розвитку у мишей, можна подумати, що той факт, що у Баджау велика селезінка, може свідчити про те, що ці особи мають більший обсяг. Велика кількість еритроцитів. На думку авторів, їх генетичний профіль може дати їм "подвійну перевагу, як більша кількість кисневих клітин, так і більший резервуар, в якому їх можна зберігати". Якщо селезінка більшого обсягу не є результатом більшого обсягу клітин. Незалежно від того, зазначають автори, наслідком цього є фізіологічна зміна, яка надає функціональну адаптацію до гострої гіпоксії, характерної для вільного занурення на воду.
Інші генетичні варіації
Робота дослідників виявила, що дві інші варіації (SNP), також розташовані в гені PDE10A Баяу, пов'язані зі збільшенням розміру селезінки. Один із них, присутній у 37% жителів баджау, зустрічається лише у 6% салуанської та 3% - у китайської етнічної приналежності хань. Інший був ідентифікований у цьому самому гені у 18% жителів Баджау, але менш ніж у 1% представників етносів салуан та хань.
У осіб етнічної приналежності Баджау ген PDE10A, здається, не є єдиною областю геному з генетичними варіаціями (SNP), що надає перевагу для занурень. Фактично дослідники ідентифікували SNP в безпосередній близькості від гена BDKRB2 (рецептор брадикініну B2), єдиний на сьогоднішній день, пов'язаний з фізіологічною реакцією на занурення. Варіації цього гена будуть пов’язані зі зменшенням діаметра кровоносних судин в кінцівках (периферична вазоконстрикція), що забезпечить кращу оксигенацію важливих органів, таких як мозок, серце, легені, і, отже, можливість довшого перебування у дайвінгу.
Природний відбір вигідних варіацій
Аналіз генетичних даних, зібраних з Баджау, наводить на думку авторів, що процес, за допомогою якого етнічна приналежність Баджау надзвичайно пристосувалася до дайвінгу, зумовлений природним відбором вже існуючих генетичних варіацій. Іншими словами, до відмінностей, які вже є у кількох копіях в одному або декількох генах (або в їх безпосередній близькості) у цій популяції. Ці варіації були б обрані в межах цієї етнічної групи, коли вона потрапила в морське середовище, ці генетичні характеристики дають їй перевагу.
Залишається з’ясувати, коли виникли ці генетичні відмінності. Автори підрахували, що Баджау і Салуан розходилися приблизно 16 000 років тому. Одне можна сказати точно: літописець подорожей Магеллана вже зазначав у 1521 р. Особливий спосіб життя баджау, народу водолазів.
Медичний прогноз
Генетичні механізми, що лежать в основі фізіологічної адаптації "морських кочівників" до пірнання, представляють інтерес для медицини, оскільки вони можуть краще зрозуміти взаємозв'язок між недостатнім надходженням кисню до тканин (гіпоксія), функціонуванням щитовидної залози, розмірами селезінки та кількість циркулюючих еритроцитів. Ці нові дані повинні стимулювати роботу з кращого розуміння реакції на гіпоксію при деяких серцево-легеневих патологіях або після операції.
До цього часу дослідження толерантності людини до хронічної гіпоксії проводились на великій висоті серед тибетців, що мешкають на "даху світу", мешканців Анд (Південна Америка) та ефіопських нагір'я. Щоб зрозуміти реакцію на гостру гіпоксію, яка настає швидко, як під час вільного занурення на воду, тепер дослідникам доведеться зосередитись на інших групах людей, в даному випадку особливо пристосованих до морських глибин, таким як Мокен, морські кочівники, що мешкають у острови та узбережжя архіпелагу Мергі, спільні між М’янмою та Таїландом, та хаенйо (буквально «морські жінки»), жінки-підводні плавання з провінції Чеджудо, острова в Південній Кореї.
Марк Гозлан (Слідуй за мною у Twitter)
* Дослідження, опубліковане в 2001 р. (На 5 особах баджау середнім віком 38 років і 14 японських жінок ама середнім віком 60 років), однак, показало, що середня тривалість занурення для баджау становила 28 ± 9 секунд на глибина від 5 до 7 метрів проти 38 ± 8 секунд для японської ами, яка зі свого боку занурюється на глибину від 5 до 12 метрів. Час перебування під водою Баджау (60% робочого часу) еквівалентний часу, який спостерігається у деяких морських тварин, включаючи морську видру.