На большой высоте тяжело приходится даже самым опытным альпинистам. По той причине, что чем выше в горы, тем разреженнее становится воздух. Он в буквальном смысле менее плотный, так как находится под меньшим давлением. Это означает, что каждый вдох приносит в лёгкие не так много молекул кислорода. По этой причине жители равнин, оказавшиеся в горах, сталкиваются с большим количеством проблем. Однако в мире миллионы людей, которые всю свою жизнь проводят на высоте в несколько километров. Почему у них не возникает сложностей с меньшим количеством кислорода и есть ли у них эволюционные адаптации?
Их секрет в более эффективной работе организма, которая обусловлена особыми «настройками» физиологии. Горцы передают эти отличия из поколения в поколение, благодаря чему являются превосходным примером человеческой эволюции.Кислород — это один из основных кирпичиков для строительства органических молекул. Он участвует во множестве важнейших реакций, включая те, благодаря которым сахара перерабатываются в топливо для клеток. Поэтому когда кислорода не хватает, самые обычные функции организма начинают идти с неимоверным скрипом. Побочные эффекты весьма неприятны — головные боли, тошнота, бессонница. В крайних случаях всё может вообще закончиться трагически. По-научному слишком низкое содержание кислорода в тканях называется гипоксией. Если она возникает на большой высоте, то её можно назвать высотной или горной болезнью.
Опытные альпинисты, чтобы избежать неприятных побочных эффектов, поднимаются вверх постепенно. Это позволяет организму акклиматизироваться к новым условиям. В частности, он начинает производить больше эритроцитов, доставляющих кислород к тканям из лёгких. Кроме того, постепенно ускоряется ритм дыхания. Есть и менее очевидные изменения, происходящие на клеточном уровне. Причём некоторые из них кажутся немного нелогичными — так, например метаболические процессы ускоряются на целых 27% в течение первых недель пребывания на высоте. Это означает, что организму требуется даже больше кислорода, чем обычно.
Все эти проблемы незнакомы людям, которые живут в горах. Возьмём, к примеру, коренное население Анд. Человек забрался в эти места как минимум 11000 лет назад, и всё это время приспосабливался к низкому содержанию кислорода. Речь идёт о тех популяциях, которые обжили высоты более 3500 метров над уровнем моря, где кислорода на 40% меньше, чем у этого самого моря. Живущие здесь люди производят больше эритроцитов, поэтому их кровь гораздо богаче гемоглобином. То есть она в любой момент времени больше насыщена кислородом, что позволяет получать достаточное количество этого газа, не повышая уровень метаболизма или частоту дыхания. Это потрясающий пример того, как эволюция позволяет людям приспособиться к экстремальным условиям, но это свойство физиологии горцев несёт с собой и некоторые риски. Повышенное содержание эритроцитов повышает свертываемость крови. Это грозит образованием тромбов и, как следствие, инсультами и сердечными приступами.
Эволюция обитателей Тибета подошла к решению этой проблемы немного с другой стороны. В этих местах миллионы люди живут на высоте более 4000 метров над уровнем моря, причём их предки обосновались там очень давно. Учёные находят следы их пребывания, которым не менее 25000 лет. Как и у южноамериканцев, у тибетцев выработались некоторые адаптации, но гемоглобина в их крови не больше, чем у обитателей степей и равнин. Более того, особые мутации ограничивают его производство! Они дышат быстрее — как те люди, что только акклиматизируются к высоте. Но у них есть и ещё один «трюк» — их организмы производят больше оксида азота, играющего большую роль в вазодилатации, то есть расширении кровеносных сосудов. То есть в этом случае эволюция пошла путём увеличения циркуляции крови. Более частое дыхание и плавный кровоток позволяют тибетцам быстро и эффективно доставлять кислород из легких в ткани. Это полностью наследуемые свойства. У жителей высокогорий как Южной Америки, так и Азии рождаются дети с адаптациями, переданными им родителями. Даже если это происходит в роддомах, расположенных на уровне моря.
Учёные признают, что им предстоит очень серьёзно поработать, чтобы понять этот феномен полностью. Генетические исследования показывают, что у представителей высокогорных популяций есть уникальные мутации, которые или мало связаны с кислородом, или вообще не имеют к нему отношения. Так, например, из-за некоторых из них у тибетцев больше жировых отложений. Жизнь в горах трудна — здесь суровые погодные условия, с которыми связаны в том числе и кардинальные сезонные изменения в питании. Скорее всего, именно поэтому местные жители получили дополнительный запас энергии, позволяющий дольше продержаться в случае трудностей. Также крайне интересен повышенный уровень витамина, который называется фолат. Он расщепляется ультрафиолетом, которого, как понятно, в горах больше, поэтому может играть особую роль в поддержании нормального уровня витаминов.
Некоторые аспекты феномена проживания человека на больших высотах до сих пор остаются загадкой для учёных. Так, например, население Эфиопского нагорья спокойно обходится без каких-либо физиологических изменений, которые наблюдаются у тибетцев и жителей Анд. Однако тот факт, что высотные адаптации произошли как минимум в трёх разных популяциях по всему миру, является лучшим подтверждением конвергентной эволюции. Изменения, кстати, проявляются не только у людей. У тибетских мастифов есть ген EPAS1, который воздействует на гемоглобин, не давая крови становиться слишком густой. Описанные сегодня адаптации — это часть увлекательной эволюционной истории, которая позволила нам не только людям, но и множеству других существ научиться процветать в самых негостеприимных местах планеты.
