Отравянето с олово не е просто съвременен феномен - фосилни зъби показват признаци, че е засегнало древните хоминиди, а Homo sapiens може би са се справили по-добре от нашите близки роднини

Праисторическите хоминиди са били изложени на отровно олово в продължение на поне 2 милиона години, показва проучване на фосилни зъби, а съвременните хора може би са еволюирали така, че са се справили с токсичния метал по-добре от древните си роднини.

Международно проучване променя схващането, че излагането на токсичния метал олово е уникален съвременен проблем, свързан с индустриализацията, лошите минни практики и употребата му като добавка в горивата, която е постепенно премахната от 80-те години на миналия век.

Изследването разкрива, че нашите човешки предци са били периодично изложени на олово в продължение на над два милиона години и че токсичният метал може да е повлиял на еволюцията на мозъка, поведението и дори развитието на езика на хоминидите.

Освен това, изследването, публикувано в Science Advances, добавя още едно парче към пъзела за това как хората са надминали своите братовчеди, неандерталците. Моделите на мозъчни органоиди с неандерталска генетика са били по-податливи на въздействието на оловото, отколкото човешкия мозък, което предполага, че излагането на олово е било по-вредно за неандерталците.

Водено от учени от Изследователската група по геоархеология и археометрия (GARG) в Университета Саутърн Крос, Австралия, Катедрата по екологична медицина в Медицинския факултет „Икан“ в болница „Маунт Синай“, Ню Йорк, и Медицинския факултет на Калифорнийския университет в Сан Диего, изследването комбинира новаторска геохимия на фосилите, авангардни експерименти с мозъчни органоиди и пионерска еволюционна генетика, за да разкрие изненадваща история за ролята на оловото в човешката история.

Инфографиката показва излагането на хора на олово в днешно време в сравнение с нашите предци; как са анализирани фосили на зъби и мозъчна тъкан за това проучване; как съвременният ген NOVA1 може да е предпазил съвременните хора от нежелани ефекти на оловото. Кредит: J Gregory, Mount Sinai Health System

Токсичната „червена нишка“ през човешката еволюция

Досега учените са смятали, че излагането на олово е до голяма степен съвременен феномен, свързан с човешки дейности като минно дело, топене и употреба на оловен бензин и боя. Чрез анализ на 51 фосилни зъба от видове хоминиди и големи маймуни, включително Australopithecus africanus, Paranthropus robustus, ранни Homo, неандерталци и Хомо сапиенс, екипът открива ясни химически следи за периодично излагане на олово, простиращо се почти два милиона години назад.

Използвайки високопрецизна лазерно-аблационна геохимия в съоръжението GARG на университета Саутърн Крос, Нов Южен Уелс, и най-съвременните съоръжения Exposomics на болница „Маунт Синай“, изследователите откриват отличителни „оловни ленти“ в зъбите, образувани през детството, когато са нараствали емайлът и дентинът. Тези ленти разкриват повтарящи се епизоди на усвояване на олово както от източници на околната среда (като замърсена вода, почва или вулканична дейност), така и от собствените костни запаси на организма, освободени по време на стрес или заболяване.

„Нашите данни показват, че излагането на олово не е просто продукт на индустриалната революция – то е част от нашия еволюционен пейзаж“, обяснява професор Рено Жоан-Бойо (Renaud Joannes-Boyau), ръководител на изследователската група GARG в университета Саутърн Крос.

„Това означава, че мозъците на нашите предци са се развили под влиянието на мощен токсичен метал, който може да е оформил социалното им поведение и когнитивните им способности в продължение на хилядолетия."

Реконструиране на излагането на примати на олово от околната среда. (A) Карта на света с обозначение на страната, от която са получени археологическите и съвременните проби. (B) Скица на разрез на фосилен зъб, анализиран чрез лазерна аблация, комбинирана с масспектрометрия с индуктивно свързана плазма (LA-ICP-MS). Лазерът се растеризира върху разрязаната повърхност и изхвърленият материал се транспортира до масспектрометъра. Зелените и пунктирани линии изобразяват биогенния модел на усвояване на метал в растежните пръстени [адаптирано от (65)]. (C) Снимка (вляво) на разрез на трети молар на G. blacki от мястото Куеке в Китай. Разпределението на 208Pb/43Ca от маркираната област е показано вдясно. Геохимичната карта разкрива голям брой биогенни ленти, свързани с многократно остро излагане на олово. Кредит: Renaud Joannes-Boyau et al. Sci. Adv. DOI: 10.1126/sciadv.adr1524

От фосили до функция: Оловото и езиковият ген

Екипът проучва и как това древно излагане може да е повлияло на развитието на мозъка. Използвайки органоиди на човешкия мозък, миниатюрни, лабораторно отгледани модели на мозъка, изследователите сравняват ефектите на оловото върху две версии на ключов ген за развитието, наречен NOVA1, ген, за който е известно, че регулира генната експресия при излагане на олово по време на развитието на нервната система. Съвременната човешка версия на NOVA1 е различна от тази, открита при неандерталците и други изчезнали хоминиди, но досега учените не знаеха защо еволюира тази промяна.

Когато органоиди, носещи архаичния вариант NOVA1, се излагат на олово, те показват забележими нарушения в активността на FOXP2 – експресиращи неврони в кората и таламуса – мозъчни области, които са важни за развитието на речта и езика. Този ефект е далеч по-слабо изразен при органоиди със съвременния вариант NOVA1.

„Тези резултати показват, че нашият вариант NOVA1 може да е осигурил защита срещу вредните неврологични ефекти на оловото“, посочва професор Алисон Муотри (Alysson Muotri), професор по педиатрия/клетъчна и молекулярна медицина от Калифорнийския университет в Сан Диего.

„Това е изключителен пример за това как еволюционният натиск на средата (в този случай оловната токсичност) би могъл да доведе до генетични промени, които са подобрили оцеляването и способността ни да общуваме чрез език, но които сега влияят и на нашата уязвимост към съвременното излагане на олово."

Използвайки органоиди на човешки мозък (миниатюрни, лабораторно отгледани модели на мозъка), екипът сравнява ефектите на оловото върху две версии на ключов ген за развитието, наречен NOVA1, ген, за който е известно, че регулира генната експресия при излагане на олово по време на невроразвитието. Съвременната човешка версия на NOVA1 е различна от тази, открита при неандерталците и други изчезнали хоминиди. Кредит: University of California San Diego

Генетика, невротоксини и формирането на съвременните хора

Генетичните и протеомни анализи в това проучване разкриха, че излагането на олово в архаични варианти на органоиди нарушава пътищата, участващи в невроразвитието, социалното поведение и комуникацията. Променената активност на FOXP2 по-специално сочи към възможна връзка между древното излагане на олово и еволюционното усъвършенстване на езиковите способности при съвременните хора.

„Това проучване показва как излагането ни на околната среда е оформило нашата еволюция“, отбелязва професор Маниш Арора (Manish Arora), професор и заместник-председател на катедрата по екологична медицина.

„От гледна точка на междувидовата конкуренция, наблюдението, че токсичните експозиции могат да предложат цялостно предимство за оцеляване, предлага нова парадигма за екологичната медицина, за да изследва еволюционните корени на разстройствата, свързани с експозицията на околната среда."

Лабораторни експерименти с мозъчни органоиди, носещи съвременни или архаични гени NOVA1, показват ефектите на оловото върху развитието на мозъка, с фокус върху FOXP2, ген, който е от основно значение за речта и езика. Кредит: University of California San Diego

Съвременни уроци от един древен проблем

Въпреки че излагането на олово днес се дължи предимно на човешката индустрия, то остава сериозен глобален здравен проблем, особено за децата. Констатациите подчертават колко дълбоко са преплетени екологичните токсини и човешката биология и предупреждават, че нашата уязвимост към оловото може да е наследствено наследство от миналото ни.

„Нашата работа не само пренаписва историята на излагането на олово“, добавя професор Джоан-Бойо, „но и ни напомня, че взаимодействието между нашите гени и околната среда е оформяло нашия вид в продължение на милиони години и продължава да го прави."

Проучването анализира фосилни зъби от Африка, Азия, Европа и Океания, използвайки усъвършенствано геохимично картографиране, за да идентифицира модели на излагане на олово в детска възраст.

Лабораторни експерименти с мозъчни органоиди, носещи съвременни или архаични гени NOVA1, изследват ефектите на оловото върху развитието на мозъка, с фокус върху FOXP2, ген, който е от основно значение за речта и езика.

Генетични, транскриптомни и протеомни данни са интегрирани, за да се изгради цялостна картина за това как оловото може да е повлияло на еволюцията на социалното поведение и когнитивните способности на хоминидите.

Справка: Impact of intermittent lead exposure on hominid brain evolution, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr1524

Източник: Ancient lead exposure may have shaped evolution of human brain, Southern Cross University