Популяционная адаптация человека

Важнейшей проблемой экологии человека является изучение адаптации людей не на индивидуальном, а на популяционном уровне. При этом необходимы сведения об условиях, влияющих на адаптацию человеческих популяций. Установлено, что адаптационные способности человека определяются совокупностью факторов биологического, исторического и социального характера. Для анализа адаптационных особенностей определенных групп населения необходимы сведения о фенотипических и генетических характеристиках этих групп, о типичных реакциях организма представителей этих групп на определенные условия окружающей среды.

Так как различные по возрасту и полу группы людей обладают разной адаптационной способностью, необходимо учитывать демографическую структуру населения данной группы. На адаптационные процессы влияют также уровень здоровья населения и экологическое состояние окружающей среды. По-разному протекает адаптация и при изменении социально-экономических условий. Так, например, серьезные проблемы в адаптации возникают у мигрантов из сельской местности в крупные города, когда происходят резкие изменения привычных условий жизни. Огромную роль в адаптации человека к новым условиям играет степень их отличия от тех, из которых произошла миграция.

На процесс адаптации влияют и гигиенические условия жизни населения. При этом в ситуациях, однотипных по гигиеническим условиям, обнаружена зависимость скорости формирования адаптации от климата. Так, у петербуржцев, работающих в благоприятных гигиенических условиях, процесс адаптации к трудовой деятельности приводит к стабилизации вегетативных реакций на труд через 3 года, в климатических условиях Казахстана и Киргизии – через 5 лет, а в условиях Севера (Кольский полуостров) – через 8 лет. Установлено, что у жителей Кольского полуострова при существенном загрязнении производственной среды процесс адаптации завершается только спустя 10 лет трудовой деятельности, а у горнорабочих, занятых добычей руды подземным способом, – даже через 12 лет.

С биологической точки зрения история человечества – это процесс формирования различных приспособительных возможностей людей к географической среде обитания.

Влияние на людей географических условий особенно наглядно проявляется в морфофункциональных особенностях популяций людей, что отражается в антропологическом разнообразии человека и проявляется в таких внешних признаках, как длина и вес тела, цвет кожи, форма головы, типы лица и структура волос. Хорошо известны характерные черты людей, проживающих, например, в условиях экваториального пояса: темная кожа, толстогубость, курчавые волосы, удлиненный и узкий тип телосложения. Для северных территорий характерен иной тип сложения – более массивные и коротконогие формы, хотя абсолютные размеры тела у различных групп коренных жителей Севера могут существенно различаться: чукчи и эскимосы значительно крупнее, чем саамы и ненцы.

Отмечается связь между географией расселения и физиологическими особенностями человека. Так, например, для обитающих в экваториальной зоне популяций характерно понижение основного обмена по сравнению с северными популяциями, а также уменьшение содержания холестерина в крови, что мало зависит от характера питания и детерминируется генетически. У аборигенов тропической Африки выше относительная поверхность испарения и большая плотность потовых желез на коже, пониженная температура тела, замедленная частота сердечных сокращений. Перечисленные особенности связаны с адаптацией к специфическим климатическим условиям обитания.

Наличие биогеографических особенностей у тех или иных человеческих популяций не означает существования неких дискретных групп людей – при переходе от одного географического района к другому имеет место постепенное изменение уровня вероятности проявления рассматриваемых признаков, то есть многие различия в популяциях людей носят статистический характер.

На направление и величину давления отбора оказывают влияние две группы факторов – климатические и биотические. Первые обычно (за исключением горных районов) меняются медленно на значительной территории, что приводит к плавной изменчивости. Вторые факторы часто носят локальный и незакономерный с точки зрения пространственного расположения характер, поэтому территориальное распределение обусловленных ими признаков мозаично. Примером распределения такого признака, обусловленного биотическими условиям, является частота встречаемости гена гемоглобина S. Район высокой частоты встречаемости этого гена у жителей Западной и Центральной Африки и Индии соответствует территориям широкого распространения малярии. Дело в том, что носители данного гена, обладающие соответствующим типом гемоглобина, существенно менее подвержены данному заболеванию, что обеспечивает им большую выживаемость в данных условиях. То есть возникший случайно признак оказался полезным и был закреплен в результате отбора во многих поколениях. У населения других территорий, например у черного населения Америки, не подверженного опасности заболевания малярией, частота встречаемости гемоглобина S значительно ниже.

Формирование части специфических признаков разных популяций людей управляется общими законами живой природы, однако другая часть из них (язык, жизненный уклад) обусловлена не биологической наследственностью, а социальными факторами и обучением. Хотя социальные аспекты мало зависят от биологических законов развития человека, они играют значительную роль в формировании разнообразия современного человека. Так, например, языковые, религиозные, социальные различия часто являются барьерами, способствующими поддержанию генетического различия у различных групп людей, что приводило и нередко приводит к дальнейшей дивергенции их.

Разнообразие морфологических и физиологических особенностей в современном человечестве чрезвычайно велико. Оно характеризует не только различные расы, но и этнические группы и отдельные популяции. Это разнообразие сыграло (и, по-видимому, играет) роль основного механизма приспособления человеческой популяции к разнообразным условиям обитания, то есть в адаптации человека на популяционном уровне.

Адаптационные изменения разных человеческих популяций в соответствии с влиянием окружающей среды послужило основанием для выведения понятия адаптивного типа. Т.И. Алексеевой выделены и четко описаны пять адаптивных типов людей: умеренной зоны, арктический, континентальный, экваториальный, высокогорный. Адаптивный тип представляет собой норму реакции на комплекс условий окружающей среды и проявляется в развитии морфофункциональных, биохимических и иммунологических признаков, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания.

Адаптивный тип независим от расовой и этнической принадлежности, сходные адаптационные реакции наблюдаются у представителей обширных зон, часто относящихся к различным расовым общностям. Разные по происхождению группы людей в одних и тех же геоклиматических условиях имеют одно и то же направление приспособительных реакций. Например, население арктического пояса вне зависимости от расовой принадлежности выделяется усилением основного обмена, увеличением объема мускулатуры, повышенным уровнем гемоглобина в крови. У населения, живущего в условиях континентального климата, отмечается тенденция к увеличению жироотложения.

Сегодня известно, что у разных по расовой и этнической принадлежности людей одни и те же воздействия среды вызывают близкие адаптивные реакции. Сами же адаптивные изменения происходят в пределах границ, присущих каждому этносу и расе. Для популяционной адаптации человека характерна компенсаторная реакция в популяциях. Она выражается в том, что при ослаблении физических показателей развития (уменьшение веса тела, охвата грудной клетки, мускульной массы и т.п.) наблюдается увеличение содержания в крови гамма-глобулинов, то есть повышение иммунной сопротивляемости организма.

Адаптивные реакции человеческой популяции осуществляются в двух формах: общей и специфической. Общая адаптивная реакция направлена на повышение общей сопротивляемости организма неблагоприятным условиям среды. К таким реакциям относится, например, повышение костно-мускульной массы тела, увеличение концентрации иммунных белков в сыворотке крови. Специфические реакции очень разнообразны и связаны с преобладающими условиями в данном месте обитания – гипоксией, жарким или холодным климатом. Анализ именно специфических адаптивных реакций привел к выделению адаптивных типов: арктического, тропического, зоны умеренного климата, высокогорного, пустынь и др. Адаптивные типы не тождественны расе и проявляются независимо от этноса и расы в сходных условиях существования человеческих популяций. Расовые черты, по всей вероятности, сформировались на заре человеческой истории, а адаптивные типы формируются на протяжении всей истории человечества. В настоящее время происходит формирование адаптивного типа человека городской среды, который характеризуется широкой лабильностью психических реакций, обеспечивающих способность пережить состояние стресса, и рядом морфофизиологических особенностей, оптимальных для жизни в специфических условиях города, что будет подробно обсуждаться в юните 2.

В основе популяционной адаптации человека к факторам внешней среды лежат процессы, происходящие на уровне генофондов человеческих популяций. Человечеству свойственен высокий уровень наследственного разнообразия, что проявляется в многообразии фенотипов. Люди отличаются друг от друга цветом кожи, глаз, волос, формой носа и ушной раковины, рисунком эпидермальных гребней на подушечках пальцев и другими сложными признаками. Выявлены многочисленные варианты отдельных белков, различающиеся по одному или нескольким аминокислотным остаткам и, следовательно, функционально. Таким образом, популяции людей характеризуются наследственным полиморфизмом,устойчивым поддержанием в популяции нескольких генетических классов особей, имеющих четкие фенотипические различия. Наследственный полиморфизм является основой для адаптационных процессов в человеческих популяциях, то есть представляет собой необходимое условие для существования человеческого общества.

В целом не менее 30% генов в генофонде человеческих популяций имеют нескольких аллельных форм. Частота встречаемости разных аллелей одного гена варьирует. Так, из многих вариантов гемоглобина лишь четыре обнаружены в некоторых человеческих популяциях в высокой концентрации: S (тропическая Африка, Средиземноморье), С (Западная Африка), D (Индия), Е (Юго-Восточная Азия). Вариабельность распространения аллелей в популяциях людей зависит от действия таких факторов, как мутационный процесс, естественный отбор, дрейф генов. Мутационный процесс создает новые аллели, но действие его ненаправленно. В силу этого он не приводит к выраженному преобладанию концентрации одних аллелей над другими, а лишь поставляет материал для отбора. К межпопуляционным различиям в концентрации определенных аллелей приводит стабилизирующая форма естественного отбора. Так, например, неслучайное распределение по планете аллелей эритроцитарных антигенов АВ0, определяющих соответствующие группы крови у людей, по всей вероятности обусловлено различной выживаемостью лиц, отличающихся по группе крови, в условиях частых эпидемий особо опасных инфекций. Области сравнительно низких частот аллеля Iо и относительно высоких частот аллеля Iв в Азии примерно совпадают с очагами чумы. Люди с группой крови 0 (IоIо) имеют собственный белок, сходный с белками возбудителя чумы, и поэтому являются особо восприимчивыми к этому заболеванию, так как не способны вырабатывать противочумные антитела в достаточном количестве. Частота заболеваемости оспой, тяжесть симптомов, смертность выше у лиц с группой крови А и АВ, в сравнении с лицами, имеющими группу 0 или В. Объяснение состоит в том, что у людей первых двух групп отсутствуют антитела, частично нейтрализующие оспенный антиген А.

В таблице 1 приведены примеры аллелей генов в человеческих популяциях, имеющих приспособительное значение.

Таблица 1

Примеры аллелей, имеющих адаптивное значение

Аллеи и генотипы

Географическая распространенность

Адаптивное значение

Группы крови системы АВ0 аллель В

Повсеместно, чаще в Азии

Относительная устойчивость к чуме

Группы крови системы АВ0

аллель А

Повсеместно

Относительная

устойчивость к язве желудка и двенадцатиперстной кишки

Трансферрины – белки,

связывающие железо, аллель TfD1

Высокая частота в зоне тропического пояса

Резистентность к многим инфекционным заболеваниям

Кислая фосфатаза эритроцитов, аллель Асрr

Высокая частота у бушменов и негроидов Центральной Африки

Высокая активность фермента при повышенной температуре

Аллель АсР и группа крови АВ

Высокая частота на о. Новая Гвинея

Устойчивость к тропической малярии

Аллель АсР и группа крови А, или аллель АсР и группа крови АВ

Высокая частота у жителей Чукотки и Аляски

Легкость адаптации к

условиям холодного климата

Ушная сера, аллель d

Высокая частота в Дальневосточном регионе

При генотипе dd низкий уровень холестерина и

концентрации липидов в крови, высокая концентрация лизоцима в ушной сере

Вместе с тем для популяций из одного географического района, но изолированных в репродуктивном отношении, причиной различий в концентрации аллелей может быть дрейф генов, то есть случайное, неадаптивное изменение соотношения аллелей. Так, частота группы крови А достигает у индейцев племени черноногих 80%, а у индейцев из штата Юта – 2%.

В естественных условиях, в силу воздействия на фенотипы организмов комплекса факторов, отбор осуществляется по многим направлениям. В результате формируются генофонды, сбалансированные по набору и частотам аллелей, обеспечивающих в данных условиях достаточную выживаемость популяции. Это справедливо и для популяций людей. Так, люди с группой крови 0 более восприимчивы к чуме, чем люди с группой В. Туберкулез у них лечится с большим трудом, чем у лиц с группой А. В то же время, лечение больных сифилисом с группой крови 0 протекает более успешно, а вероятность заболевания для них раком желудка, ишемической болезнью сердца, ревматизмом на 20% ниже, чем для лиц с группой крови А.

Учитывая слабую техническую оснащенность, плохие экономические и гигиенические условия жизни основной массы населения планеты на протяжении значительной части истории человечества, можно предположить, что именно под воздействием возбудителей особо опасных инфекций, паразитарных заболеваний, туберкулеза формировались многие адаптивные генетические особенности человеческих популяций. В этих условиях генетический полиморфизм способствовал расселению людей, обуславливая удовлетворительную жизнеспособность в различных экологических ситуациях. Определенный вклад в наблюдаемое распределение аллелей вносят массовые миграции населения и сопутствующая им метизация. Таким образом, генетический полиморфизм человечества имеет и медицинскую сторону: изменчивость проявляется в неравномерном распределении по планете некоторых заболеваний, тяжести их протекания в разных человеческих популяциях, разной степени предрасположенности людей к определенным болезням, индивидуальных особенностях развития патологических процессов, различиях в реакциях на лечебное воздействие. Наследственное разнообразие долго было препятствием к успешному переливанию крови. В настоящее время оно же создает большие трудности в решении проблемы пересадок тканей и органов.

При адаптации популяции людей к условиям природной среды происходят изменения ее генофонда, отражающие процесс генетической адаптации к наиболее важным факторам этой среды. Этот процесс всегда направлен на снижение потерь популяции в данной среде, на уменьшение вероятности появления слабо адаптированных генотипов. Возможность самого этого процесса основывается на генетическом полиморфизме, на наличии изменчивости.

С другой стороны, наследственное разнообразие снижает реальную приспособленность популяций людей, как и всех других организмов. В результате мутационного процесса возникают генотипы, содержащие новые гены, неблагоприятные для обитания в данных условиях, что снижает жизнеспособность популяции в целом. Эта часть наследственной изменчивости популяции, которая определяет появление менее приспособленных особей, называется генетическим грузом. Он является непосредственным следствием генетического полиморфизма и своеобразной платой за экологическую и эволюционную гибкость.

Считается, что в среднем у каждого человека имеется в гетерозиготном состоянии от 2 до 5 аллелей, которые, находясь гомозиготном состоянии, привели бы к смерти индивидуума до наступления репродуктивного возраста. Примерно половина зигот, образующихся в каждом поколении людей, в биологическом плане несостоятельна и не участвуют в передаче генов последующим поколениям. Около 15% зачатых организмов гибнет до рождения, 3% – при рождении, 2% – непосредственно после рождения, 3% – умирает, не достигнув половой зрелости, 20% – не вступают в брак, 10% браков бездетны.

Неблагоприятные последствия генетического груза в виде рецессивных аллелей, если они не приводят к гибели организма, проявляются в снижении ряда важных показателей состояния индивидуума, в частности его умственных способностей. Исследование человеческих популяций, для которых характерна высокая частота близкородственных браков (высокая степень гомозиготности), показали снижение умственных способностей у детей в таких популяциях.

В стабильной среде генетический груз поддерживается на низком постоянном уровне и не угрожает жизни популяции. При изменении среды ситуация может стать другой: новые физические и химические факторы могут привести к увеличению частоты врожденных пороков физического и умственного развития у населения, увеличению детской смертности, предрасположенности к ряду тяжелых заболеваний. Все это в конечном счете повышает вероятность вырождение данной популяции.

В настоящее время проблема генетического груза является очень актуальной прежде всего потому, что современный человек в повседневной жизни испытывает воздействие химических соединений и радиации, имеющих мутагенный эффект. Факт увеличения частоты врожденных пороков развития у горожан по сравнению с сельскими жителями демонстрирует реальное увеличение генетического груза у городского населения. В наши дни среда обитания человека меняется настолько быстро, что часто возникают сомнения в возможностях популяций современных людей успешно адаптироваться к новым условиям в чрезвычайно короткие сроки.

Будет полезно почитать по теме: