О том, что свинец — токсичный металл, знали еще во времена Рима, но количество загрязнений и отравлений этим тяжелым металлом резко выросло в индустриальную эпоху и особенно в XX веке — в том числе из-за этилированного бензина, промышленных выбросов, свинцовой краски и старых водопроводных труб. 

Особо уязвимы дети: даже низкие уровни свинца повреждают нервную систему, тормозят умственное развитие и повышают риск поведенческих расстройств. У взрослых хроническое воздействие провоцирует серьезные поражения внутренних органов — почек, сердечно-сосудистые и репродуктивные нарушения, периферическую невропатию и психические расстройства.

Достаточно долго ученые полагали, что во времена существования древних людей те практически не сталкивались с проблемой отравления свинцом. Исследователи считали этот металл исключительно «продуктом цивилизации». 

До эпохи промышленной революции, как предполагали специалисты, природа была относительно чистой: воздух, почва и вода не содержали опасных концентраций тяжелых металлов. Поэтому казалось логичным, что первые гоминиды жили в условиях, где свинец не мог нанести им вред.

Кроме того, свинец редко встречается в чистом виде. Он находится в породах, и для того чтобы человек контактировал с ним в значительных количествах, нужно было извлекать и перерабатывать руду. Поскольку древние люди этим не занимались, ученые не ожидали обнаружить у них следы интоксикации.

Корейские ныряльщицы передали потомкам ген стойкости к холоду

Они ныряют на глубину без аквалангов, часами плавают в ледяной воде и продолжают погружения даже во время беременности. Корейские хэнё — феномен, который десятилетиями удивлял ученых. Теперь генетики раскрыли тайну их сверхспособностей: оказывается, поколения женщин передавали не только навыки, но и уникальные мутации в ДНК.

Только недавно стало известно, что природа сама выпускает свинец в окружающую среду. Такие процессы, как вулканическая активность, выветривание и эрозия содержащих свинец пород могли повышать концентрацию свинца в почве, воде и воздухе.

Международная команда геоархеологов и антропологов под руководством Рено Жоаннес-Буайе (Renaud Joannes-Boyau) из Университета Южного Креста в Австралии решила выяснить, насколько серьезной могла быть угроза отравления свинцом у древних людей и их родственников. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи попытались найти следы тяжелого металла в ископаемых останках — окаменелых зубах. 

Зубы выбрали не случайно — это идеальный материал для подобных исследований. Эмаль — самая твердая ткань в организме. Она выдерживает миллионы лет под землей, не разрушаясь так быстро, как кости. Поэтому зубы часто остаются единственным хорошо сохранившимся источником информации о древних существах.

Статья по теме: Образ жизни и гены по-разному влияют на развитие возрастных заболеваний

Когда зуб формируется, в его ткани «записываются» все элементы, с которыми организм сталкивался. Если в пище, воде или почве был свинец, его атомы встраиваются в эмаль или дентин. Таким образом, зубы становятся естественным архивом токсинов и минералов.

Жоаннес-Буайе и его коллеги изучили 51 зуб, принадлежавший разным видам гоминид и их росдвтенникам. В их число вошли австралопитеки (Australopithecus africanus), парантропы (Paranthropus robustus), гигантопитеки (Gigantopithecus blacki), неандертальцы (Homo neanderthalensis) и наши предки — человек разумный (Homo sapiens). География находок охватила весь мир: Австралия, Юго-Восточная Азия, Китай, Южная Африка и Франция.

Чтобы определить уровень воздействия свинца, исследователи использовали метод лазерной абляции. С помощью лазера они испаряли микроскопические частицы эмали и анализировали их химический состав. То есть таким образом смогли «прочитать» химические слои эмали и зафиксировать полосы свинца, которые накапливались во время роста зубов. 

Один-единственный белок мог повлиять на возникновение разговорной речи

Уникальная мутация в человеческом гене NOVA1, отсутствующая у неандертальцев, могла стать ключом к развитию сложных языковых навыков у Homo sapiens. Американские ученые из Рокфеллеровского университета впервые показали, как один белок, влияет на вокализацию у животных и отделяет Homo sapiens от древних родственников.

Результаты анализа позволили предположить, что гоминиды могли сталкиваться с отравляющим воздействием свинца на протяжении как минимум двух миллионов лет. Особенно сильное впечатление на исследователей произвел анализ зубов гигантопитека Gigantopithecus blacki — гигантской обезьяны, родственницы орангутанов, обитавшей в древнем Китае. Концентрация свинца в эмали этого существа оказалась чрезвычайно высокой, выше, чем у других исследуемых гоминид.

«Если бы ученые обнаружили такой уровень у современного человека, мы бы сразу заключили, что он столкнулся с мощным промышленным загрязнением», — отметил Жоаннес-Буайе.

Но самое интересное открытие ждало ученых впереди. Они задались вопросом: а все ли виды гоминид одинаково реагировали на отравление свинцом? Отличается ли реакция современных людей на свинец от реакции тех же неандертальцев? 

Исследователи вырастили в лаборатории миниатюрные трехмерные модели мозга — так называемые органоиды. Эти структуры, созданные из стволовых клеток, имитируют работу настоящего мозга. Ученые модифицировали органоиды, встроив в них архаичную, неандертальскую версию гена NOVA1. Для сравнения использовали органоиды с современной человеческой версией этого же гена. Затем обе группы моделей подвергли воздействию свинца.

Оказалось, что вариант гена NOVA1 современного человека переносил токсичное влияние этого тяжелого металла гораздо легче, то есть он демонстрировал более высокую устойчивость к нейротоксическому действию свинца, чем NOVA1 неандертальца. 

Когда органоиды с неандертальским NOVA1 сталкивались с воздействием свинца, у них резко нарушалась работа другого важного гена — FOXP2. Именно он связан с развитием речи, мышления и способностью к социальной коммуникации. У органоидов современных людей такой проблемы специалисты не выявили. 

Представители Homo выживали в непригодном для жизни климате 25 тысяч лет назад

Археологи нашли доказательства, что люди жили на Тибетском нагорье во время самого сурового периода максимума последнего оледенения. Открытие опровергает прежние представления о том, что эта территория была полностью непригодной для жизни.

По словам Жоаннес-Буайе, свинец был менее токсичен для сапиенсов, чем для неандертальцев. Это могло дать нашим предкам важное преимущество. Его команда пришла к выводу, что устойчивость нервной системы к свинцу стала одним из факторов естественного отбора. Те особи и группы, чей мозг лучше противостоял токсину, получали больше шансов на выживание, развитие сложной речи и социальных структур. По мнению исследователей, древний яд, сам того не ведая, мог подтолкнуть эволюцию нашего вида к взрывному развитию интеллекта.

Однако не все ученые согласны с этим выводом. Эволюционный биолог Таня Смит (Tanya Smith) из Университета Гриффита в Австралии считает, что работа слишком спекулятивна. По ее словам, выборка мала, а количество найденных образцов не доказывает, что предки человека регулярно подвергались воздействию свинца на протяжении двух миллионов лет.

Кроме того, настороженность вызывает и то, что авторы сделали вывод на основе работы с органоидами. Некоторые исследователи предупредили, что результаты на органоидах трудно напрямую переносить на реальный организм и, тем более, ошибочно с их помощью объяснять процесс эволюции. Органоиды — это лишь упрощенные модели мозга, а не полноценные нервные системы. Они помогают понять, как клетки реагируют на раздражители, но не могут точно воспроизвести сложность реального мозга.

Результаты эксперимента команды Жоаннес-Буайе интересны, но они лишь намекают на возможную связь между свинцом и эволюцией мозга. Чтобы доказать ее, нужны более масштабные и разносторонние исследования.

Выводы ученых представлены в журнале Science Advances.