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Hat die Anpassung und Evolution der menschlichen Hautpigmentierung aufgehört?

Hat die Anpassung und Evolution der menschlichen Hautpigmentierung aufgehört?



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Bevor Sie diese Frage stellen, lesen Sie

  • Warum widerlegt die menschliche Hautfarbe die natürliche Selektion?

  • Erleichtert eine dunklere Hautfarbe das Leben unter der Sonne?

obwohl weder die gleiche Frage gestellt noch die Antwort auf die vorliegende Frage gegeben wurde.

In Modern Human Diversity - Skin Color, herausgegeben vom Smithsonian National Museum of Natural History, heißt es in dem Dokument in relevanten Teilen

Als die frühen Menschen auf der Suche nach Nahrung und Wasser in heiße, offene Umgebungen zogen, bestand eine große Herausforderung darin, einen kühlen Kopf zu bewahren. Die begünstigte Anpassung beinhaltete eine Erhöhung der Zahl der Schweißdrüsen auf der Haut bei gleichzeitiger Reduzierung der Körperbehaarung. Mit weniger Haaren könnte Schweiß leichter verdunsten und den Körper effizienter kühlen. Diese weniger behaarte Haut war jedoch ein Problem, da sie einer sehr starken Sonne ausgesetzt war, insbesondere in Ländern in der Nähe des Äquators. Da starke Sonneneinstrahlung den Körper schädigt, bestand die Lösung darin, eine dauerhaft dunkle Haut zu entwickeln, um sich vor den schädlicheren Strahlen der Sonne zu schützen.

Die dunklere Haut von Völkern, die näher am Äquator lebten, war wichtig, um Folatmangel zu verhindern. Messungen des Hautreflexionsvermögens, eine Methode zur Quantifizierung der Hautfarbe durch Messung der von ihr reflektierten Lichtmenge, bei Menschen auf der ganzen Welt unterstützen diese Idee. Obwohl UV-Strahlen Hautkrebs verursachen können, da Hautkrebs normalerweise Menschen betrifft, nachdem sie Kinder bekommen haben, hatte sie wahrscheinlich nur geringe Auswirkungen auf die Entwicklung der Hautfarbe, da die Evolution Veränderungen begünstigt, die den Fortpflanzungserfolg verbessern.

Es gibt noch einen dritten Faktor, der die Hautfarbe beeinflusst: Küstenvölker, die sich reich an Meeresfrüchten ernähren, genießen diese alternative Vitamin-D-Quelle. Das bedeutet, dass einige arktische Völker, wie die Ureinwohner Alaskas und Kanadas, es sich leisten können, dunkelhäutig zu bleiben auch in niedrigen UV-Bereichen. Im Sommer werden sie von der Schnee- und Eisoberfläche stark reflektiert und ihre dunkle Haut schützt sie vor diesem reflektierten Licht.

Fälle: hellhäutige Bevölkerungen, die in tropische Regionen wanderten (z den nördlichen US-Staaten und Alaska sowie Afrikanern in Kanada), wo die Ernährung der Bevölkerung die Ernährung annimmt, die teilweise zu der spezifischen Pigmentierung führte, und die Sonne die gleiche Lichtmenge (UV; andere Spektren) auf die Bevölkerung ausübt als die Bevölkerung, bei der sich dunklere oder hellere Haut anpasste oder sich weiterentwickelte.

Aus den gegebenen Parametern könnte ein Laie schlussfolgern, dass er in der Lage sein sollte, in eine bestimmte tropische oder nicht-tropische Region der Welt auszuwandern, die Nahrung aufzunehmen, die zur Melaninproduktion und Hautpigmentierung geführt hat, die laut Artikel die Anpassung beeinflusst oder Evolution und über N feste Generationen oder einen unbekannten Zeitraum, obwohl sich ihre Hautpigmentierung schließlich an die von den Bevölkerungsplanern gewünschte Pigmentierung anpassen oder sich daran entwickeln wird; dass die Melaninproduktion und die Hautpigmentierung nicht festgelegt sind, dass die Entwicklung und Anpassung der Hautpigmentierung in der menschlichen Bevölkerung auf der Erde um das Jahr 2019 n. Chr.

Wurden wissenschaftliche Studien durchgeführt, die durch beobachtbare Messungen die Theorie erhärten oder widerlegen oder behaupten, dass Umwelt und Ernährung einen Einfluss auf die Melaninproduktion und die Hautpigmentierung in einem beliebigen Zeitrahmen haben ("Eine Generation, zwei Generationen, zehn Generationen, 10-20 Generationen")?


Anpassung der menschlichen Hautfarbe in verschiedenen Populationen

Lian Deng Chinese Academy of Sciences (CAS) Key Laboratory of Computational Biology, Max Planck Independent Research Group on Population Genomics, CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology (PICB), Shanghai Institutes for Biological Sciences, CAS Shuhua Xu Chinese Academy of Sciences ( CAS) Key Laboratory of Computational Biology, Max Planck Independent Research Group on Population Genomics, CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology (PICB), Shanghai Institutes for Biological Sciences, CAS


Abstrakt

Die Hautfarbe ist eine der auffälligsten Arten, in der Menschen variieren, und wurde häufig verwendet, um menschliche Rassen zu definieren. Hier präsentieren wir neue Beweise, die darauf hinweisen, dass Variationen der Hautfarbe adaptiv sind und mit der Regulierung der UV-Strahlung in die Haut und deren direkten und indirekten Auswirkungen auf die Fitness zusammenhängen. Mit Hilfe von Fernerkundungsdaten zur UV-Strahlung wurden in dieser Studie erstmals Hypothesen zur Verteilung der Hautfarben indigener Völker im Verhältnis zur UV-Strahlung quantitativ überprüft.

Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie sind: (1) Das Reflexionsvermögen der Haut korreliert stark mit dem absoluten Breitengrad und den UV-Strahlungsniveaus. Die höchste Korrelation zwischen Hautreflexion und UV-Werten wurde bei 545 nm beobachtet, nahe dem Absorptionsmaximum für Oxyhämoglobin, was darauf hindeutet, dass die Hauptrolle der Melaninpigmentierung beim Menschen in der Regulierung der Wirkung von UV-Strahlung auf den Inhalt der kutanen Blutgefäße in der Haut liegt dermis. (2) Die vorhergesagten Hautreflexionen wichen wenig von den beobachteten Werten ab. (3) In allen Populationen, für die Hautreflexionsdaten für Männer und Frauen verfügbar waren, wurde festgestellt, dass Frauen eine hellere Haut hatten als Männer. (4) Die bei indigenen Völkern beobachtete klinische Abstufung der Hautfarbe korreliert mit der UV-Strahlung und stellt eine Kompromisslösung für die widersprüchlichen physiologischen Anforderungen des Lichtschutzes und der Vitamin-D-Synthese dar.

Die frühesten Mitglieder der Hominidenlinie hatten wahrscheinlich ein meist unpigmentiertes oder leicht pigmentiertes Integument, das mit dunkelschwarzem Haar bedeckt war, ähnlich dem des modernen Schimpansen. Die Entwicklung eines nackten, dunkel pigmentierten Integuments erfolgte früh in der Evolution der Gattung Homo. Eine dunkle Epidermis schützte die Schweißdrüsen vor UV-induzierten Verletzungen und sicherte so die Integrität der somatischen Thermoregulation. Von größerer Bedeutung für den individuellen Fortpflanzungserfolg war, dass stark melanisierte Haut vor UV-induzierter Photolyse von Folat schützte (Branda & Eaton, 1978, Wissenschaft201, 625–626 Jablonski, 1992, Proz. Australien. Soz. Summen. Biol.5, 455–462, 1999, Med. Hypothesen52, 581–582), ein Metabolit, der für die normale Entwicklung des embryonalen Neuralrohrs essentiell ist (Bower & Stanley, 1989, Das medizinische Journal von Australien150, 613–619 Vitaminforschungsgruppe des Medizinischen Forschungsrats, 1991, Die Lanzette338, 31–37) und Spermatogenese (Cosentino et al., 1990, Proz. Nat. Akad. Wissenschaft VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA.87, 1431–1435 Mathur et al., 1977, Fruchtbarkeit Sterilität28, 1356–1360).

Als Hominiden außerhalb der Tropen wanderten, entwickelten sich unterschiedliche Grade der Depigmentierung, um die UVB-induzierte Synthese von Prävitamin D . zu ermöglichen3. Die hellere Farbe der weiblichen Haut kann erforderlich sein, um die Synthese der relativ höheren Mengen an Vitamin D . zu ermöglichen3während der Schwangerschaft und Stillzeit notwendig.

Die Hautfärbung beim Menschen ist anpassungsfähig und labil. Die Pigmentierung der Haut hat sich in der menschlichen Evolution mehr als einmal verändert. Aus diesem Grund hat die Hautfarbe keinen Wert bei der Bestimmung der phylogenetischen Beziehungen zwischen modernen menschlichen Gruppen.


Schlussfolgerungen

Insgesamt ist die menschliche Hautfarbe ein hochvariables und komplexes Merkmal als Folge eines starken Selektionsdrucks und wird durch mehrere genetische Loci kontrolliert (zusammengefasst in Tabelle 1). Die Anpassung der Hautfarbe ist ein komplexer Prozess, da verschiedene Populationen über gemeinsame und unabhängige genetische Mechanismen verfügen, die eine große Anzahl von Genen mit unterschiedlichen Effektvorteilen auf den Phänotyp beinhalten. Die Anpassung der Hautfarbe ist auch ein langer evolutionärer Prozess, der von verschiedenen historischen, sogar prähistorischen Populationsgenetischen Ereignissen beeinflusst wird. Aktuelle Studien liefern umfassende Einblicke in den natürlichen Selektionsprozess und die Mechanismen der Variation der menschlichen Hautfarbe. Eine reichhaltigere Ressource an Sequenzen des gesamten Genoms mit hoher Abdeckung und Phänotypdaten könnte Möglichkeiten bieten, ein genaues Modell der genetischen Architektur und der Auswirkungen auf die Genumgebung zu spekulieren und unser Verständnis der Hautpigmentierung bei bestimmten ethnischen Minderheiten wie Jägern und Sammlern zu verbessern und Hochländer. Wir glauben, dass diese Studien unser Wissen über die menschliche Evolutionsgeschichte erheblich bereichern und die genetischen Grundlagen komplexer Merkmale beim Menschen aufklären können.


Danksagung

Wir danken S. R. Granter, M. E. Bigby, H. A. Haynes, A. B. Kimball, J. Rees, A. J. Sober, R. Stern und H. Tsao für nützliche Kommentare und Diskussionen. Diese Arbeit wurde durch Stipendien des NIH und der Doris Duke Charitable Foundation sowie einem Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (J.Y.L.) unterstützt. D.E.F. ist Distinguished Clinical Investigator der Doris Duke Charitable Foundation und Jan und Charles Nirenberg Fellow in Pädiatrische Onkologie am Dana-Farber Cancer Institute.


Schlussfolgerungen

Die hier präsentierten Visualisierungen der UVB- und UVA-Spiegel und -Variationen ermöglichen die Erörterung der Natur der selektiven Mechanismen, die an der Entwicklung der Variation der Hautpigmentierung beteiligt sind, und insbesondere der Entwicklung von Bräunungsphänotypen in Bezug auf saisonal variierende UVR-Spiegel. Die Pigmentierung der Haut ist wahrscheinlich eines der besten Beispiele für die natürliche Selektion, die auf eine menschliche Eigenschaft einwirkt. Es ist das Produkt zweier gegensätzlicher Tendenzen, von denen eine die dunkle konstitutive Pigmentierung und den Lichtschutz gegen hohe UVA- und UVB-Lasten in Äquatornähe betont (Abb. 1 und 2), und die andere die helle konstitutive Pigmentierung begünstigt, um die saisonale, UVB-induzierte Photosynthese von . zu fördern Vitamin-D3 in der Nähe der Pole (7, 49). Mittlere Breiten mit ihrer saisonal hohen UVB-Belastung begünstigten die Entwicklung bräunungsfähiger Menschen mit mäßiger konstitutiver Pigmentierung.

Der zeitliche Verlauf für die Entwicklung der Pigmentierung innerhalb eines Menschenlebens spiegelt ihre Bedeutung für die menschliche Fortpflanzung und damit für die Evolution wider. Menschliche Säuglinge werden leichter pigmentiert geboren als Erwachsene und entwickeln ihr genetisch bedingtes maximales Maß an konstitutiver Pigmentierung erst im späten Teenager- oder frühen 20. Lebensjahr (77), wenn sie ihre höchste Fruchtbarkeit erreichen. Das Potenzial zur Entwicklung einer fakultativen Pigmentierung erreicht auch im frühen Erwachsenenalter seinen Höhepunkt. Im mittleren und hohen Alter lässt die konstitutive Pigmentierung nach und das Bräunungspotenzial nimmt aufgrund einer Abnahme der Anzahl aktiver Melanozyten ab (78).

Die Hautpigmentierung stellt ein attraktives Modellsystem für das Verständnis und die Lehre der Evolution dar und sollte als solches gefördert werden. Es ist leicht sichtbar und die grundlegenden Mechanismen, die dazu beitragen, sind leicht zu verstehen. Die Hautpigmentierung erfüllt die Kriterien für ein erfolgreiches Evolutionsmodell. Zuerst wurde es von einem unvollkommenen Replikator produziert. Die Pigmentierung wird durch die Keimbahn-DNA bestimmt, die Mutationen unterliegt. Die Pigmentierung unterliegt auch erblichen Variationen in der epigenetischen Übertragung aufgrund unterschiedlicher Methylierung der DNA und extrakorporalen memetischen Vererbungsmustern aufgrund unterschiedlicher kultureller Traditionen. Zweitens muss es eine Selektion durch unterschiedliche Überlebensraten von Phänotypen geben. Für die Hautpigmentierung impliziert dies unterschiedliche Überlebens- und Reproduktionsraten verschiedener Phänotypen unter verschiedenen Sonnenregimen. Schließlich muss die natürliche Selektion zeitlich und räumlich einzigartig erfolgen, um isolierende Mechanismen hervorzubringen. In der Evolution der Hautpigmentierung wurde Isolation eher durch Distanz und Dispersion als durch sexuelle Selektion oder andere Mechanismen erzeugt. Somit ist die menschliche Haut ein perfektes Modell, um den Mechanismus der Evolution durch natürliche Selektion in jedem ihrer erforderlichen Teile zu demonstrieren.

Ein erheblicher Antagonismus gegenüber der Evolution beruht auf dem allgemeinen Verständnis des Wortes „Theorie“ in seiner umgangssprachlichen Bedeutung als Ahnung. Dass die einzelnen Teile der Theorie vollständig auf ein leicht verständliches menschliches Merkmal anwendbar sind, sollte die Akzeptanz der „Evolutionstheorie“ fördern. Darwins Theorie der natürlichen Auslese kann mit Newtons Versuch verglichen werden, die Bewegung der Planeten in seinem Werk „On the Motion of Bodies in an Orbit“ zu erklären. Newtons Bemühung führte zu dem Principia Mathematica und schließlich zu den Bewegungsgesetzen.


In der Evolution des Menschen unterscheiden sich die Nordeuropäer durch Veränderungen der Hautbarriere

Die populäre Idee, dass Nordeuropäer helle Haut entwickelt haben, um mehr UV-Licht zu absorbieren, damit sie mehr Vitamin D bilden können – lebenswichtig für gesunde Knochen und das Immunsystem – wird von Forschern der UC San Francisco in einer neuen Studie in Frage gestellt, die online in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Evolutionsbiologie.

Laut einem Team unter der Leitung von Peter Elias, MD, einem UCSF-Professor für Dermatologie, ist es in der Tat wichtig, die Fähigkeit der Haut, UV-Licht einzufangen, um Vitamin D zu bilden, zu steigern. Elias und Kollegen kamen jedoch in ihrer Studie zu dem Schluss, dass Veränderungen der Hautfunktion als Barriere gegen die Elemente einen größeren Beitrag zur Fähigkeit der Nordeuropäer zur Vitamin-D-Bildung leisteten als Veränderungen der Hautpigmente.

Elias' Team kam zu dem Schluss, dass genetische Mutationen, die die Fähigkeit der Haut, als Barriere zu dienen, beeinträchtigen, es hellhäutigen Nordeuropäern ermöglichte, Breitengrade zu besiedeln, in denen zu wenig ultraviolettes B (UVB)-Licht für die Vitamin-D-Produktion in die Atmosphäre dringt.

Unter Wissenschaftlern, die die menschliche Evolution untersuchen, wird fast allgemein angenommen, dass die Notwendigkeit, in den nördlichen Breitengraden mehr Vitamin D herzustellen, genetische Mutationen verursacht hat, die laut Elias die Produktion des Pigments Melanin, der Hauptdeterminante des Hauttons, reduzieren.

„In den höheren Breitengraden Großbritanniens, Skandinaviens und des Baltikums sowie in Norddeutschland und Frankreich erreicht nur sehr wenig UVB-Licht die Erde, und es ist die Schlüsselwellenlänge, die die Haut für die Vitamin-D-Erzeugung benötigt“, sagte Elias.

"Während es logisch erscheint, dass der Verlust des Pigments Melanin als Kompensationsmechanismus dienen würde, der eine stärkere Bestrahlung der Hautoberfläche und damit eine höhere Vitamin-D-Produktion ermöglicht, ist diese Hypothese aus vielen Gründen falsch", fuhr er fort. „Neuere Studien zeigen zum Beispiel, dass dunkelhäutige Menschen Vitamin D nach Sonnenexposition genauso effizient herstellen wie hellpigmentierte Menschen und Osteoporose – die ein Zeichen für Vitamin-D-Mangel sein kann – bei dunkler Haut eher selten als häufiger vorkommt -pigmentierte Menschen."

Darüber hinaus sind die Beweise für einen Süd-Nord-Gradienten in der Prävalenz von Melaninmutationen schwächer als für diese alternative Erklärung, die von Elias und Kollegen untersucht wurde.

In früheren Forschungen begann Elias, die Rolle der Haut als Barriere gegen Wasserverlust zu untersuchen. Er hat sich kürzlich auf ein spezifisches Hautbarriereprotein namens Filaggrin konzentriert, das in ein Molekül namens Urocansäure zerlegt wird – laut Elias der stärkste Absorber von UVB-Licht in der Haut. "Es ist bei leicht pigmentierter Haut sicherlich wichtiger als Melanin", sagte er.

In ihrer neuen Studie identifizierten die Forscher eine auffallend höhere Prävalenz angeborener Mutationen im Filaggrin-Gen in der nordeuropäischen Bevölkerung. Bis zu 10 Prozent der normalen Individuen trugen in diesen nördlichen Ländern Mutationen im Filaggrin-Gen, im Gegensatz zu viel geringeren Mutationsraten in südeuropäischen, asiatischen und afrikanischen Populationen.

Darüber hinaus korrelierten höhere Filaggrin-Mutationsraten, die zu einem Verlust von Urocansäure führen, mit höheren Vitamin-D-Spiegeln im Blut. Breitenabhängige Variationen der Melanin-Gene sind laut Elias nicht in ähnlicher Weise mit dem Vitamin-D-Spiegel verbunden. Diese Beweise deuten darauf hin, dass Veränderungen der Hautbarriere eine Rolle bei der evolutionären Anpassung der Nordeuropäer an die nördlichen Breitengrade gespielt haben, schloss die Studie.

Es gab jedoch einen evolutionären Kompromiss für diese Barriere-schwächenden Filaggrin-Mutationen, sagte Elias. Mutationsträger neigen zu sehr trockener Haut und sind anfällig für Neurodermitis, Asthma und Nahrungsmittelallergien. Aber diese Krankheiten sind erst vor kurzem aufgetreten und wurden erst zu einem Problem, als die Menschen begannen, in dicht besiedelten städtischen Umgebungen zu leben, sagte Elias.

Das Elias-Labor hat gezeigt, dass pigmentierte Haut eine bessere Hautbarriere bietet, die seiner Meinung nach für den Schutz vor Austrocknung und Infektionen bei den in Afrika südlich der Sahara lebenden Vorfahren von entscheidender Bedeutung war. Aber der Bedarf an Pigmenten, um diesen zusätzlichen Schutz zu bieten, nahm ab, als moderne menschliche Bevölkerungen in den letzten 60.000 Jahren oder so nach Norden wanderten, sagte Elias, während die Notwendigkeit, UVB-Licht zu absorbieren, größer wurde, insbesondere für diejenigen Menschen, die nach dem Rückzug in den hohen Norden wanderten Gletscher vor weniger als 10.000 Jahren.

Die Daten der neuen Studie erklären nicht, warum Nordeuropäer Melanin verloren haben. Wenn die Notwendigkeit, mehr Vitamin D zu bilden, den Pigmentverlust nicht förderte, was dann? Elias spekuliert, dass "sobald die menschliche Bevölkerung nach Norden wanderte, weg vom tropischen Ansturm von UVB, die Pigmente im Dienste der Stoffwechselerhaltung allmählich verloren gingen. Der Körper wird keine wertvolle Energie und Proteine ​​verschwenden, um Proteine ​​​​zu produzieren, die er nicht mehr benötigt."

Für die Evolutionsbiologie Studie, die von der Zeitschrift Elias als "Synthesepapier" bezeichnet wurde, und Co-Autor Jacob P. Thyssen, MD, Professor an der Universität Kopenhagen, kartierten die Mutationsdaten und maßen die Korrelationen mit dem Vitamin-D-Blutspiegel Welt identifizierte die Mutationen. Daniel Bikle, MD, PhD, Medizinprofessor an der UCSF, lieferte Fachwissen zum Vitamin-D-Stoffwechsel.


Wie die Europäer weiße Haut entwickelten

NS. LOUIS, MISSOURI—Die meisten von uns betrachten Europa als die Heimat der Weißen. Aber eine neue Studie zeigt, dass blasse Haut sowie andere Merkmale wie Größe und die Fähigkeit, Milch als Erwachsene zu verdauen, vor relativ kurzer Zeit in den meisten Kontinenten angekommen sind. Die Arbeit, die hier letzte Woche auf der 84. Jahrestagung der American Association of Physical Anthropologists vorgestellt wurde, bietet dramatische Beweise für die jüngste Entwicklung in Europa und zeigt, dass die meisten modernen Europäer nicht mehr so ​​​​aussehen wie vor 8000 Jahren.

Die Ursprünge der Europäer sind im vergangenen Jahr stark in den Fokus gerückt, als Forscher die Genome alter Populationen und nicht nur einiger Individuen sequenziert haben. Durch den Vergleich wichtiger Teile der DNA in den Genomen von 83 antiken Individuen aus archäologischen Stätten in ganz Europa berichtete das internationale Forscherteam Anfang des Jahres, dass die Europäer heute eine Mischung aus mindestens drei alten Populationen von Jägern und Sammlern und Bauern sind die in den letzten 8000 Jahren in getrennten Wanderungen nach Europa gezogen sind. Die Studie ergab, dass eine massive Migration von Yamnaya-Hirten aus den Steppen nördlich des Schwarzen Meeres vor etwa 4500 Jahren indogermanische Sprachen nach Europa gebracht haben könnte.

Jetzt geht eine neue Studie des gleichen Teams tiefer in diese bemerkenswerten Daten ein, um nach Genen zu suchen, die einer starken natürlichen Selektion unterzogen wurden – einschließlich solcher Eigenschaften, die so günstig sind, dass sie sich in den letzten 8000 Jahren schnell in ganz Europa verbreitet haben. Der Populationsgenetiker Iain Mathieson, ein Postdoc im Harvard-Labor des Populationsgenetikers David Reich, fand beim Vergleich der alten europäischen Genome mit denen neuerer aus dem 1000-Genome-Projekt fünf Gene, die mit Veränderungen in der Ernährung und der Hautpigmentierung in Verbindung stehen, die stark natürlich sind Auswahl.

Zunächst bestätigten die Wissenschaftler einen früheren Bericht, dass die Jäger und Sammler in Europa laut einem Poster vor 8000 Jahren den Zucker in der Milch nicht verdauen konnten. Sie stellten auch eine interessante Wendung fest: Die ersten Bauern konnten auch keine Milch verdauen. Den Bauern, die vor etwa 7800 Jahren aus dem Nahen Osten kamen, und den Yamnaya-Hirten, die vor 4800 Jahren aus den Steppen kamen, fehlte die Version des LCT Gen, das es Erwachsenen ermöglicht, Zucker in der Milch zu verdauen. Erst vor etwa 4300 Jahren fegte die Laktosetoleranz durch Europa.

In Bezug auf die Hautfarbe fand das Team ein Flickwerk der Evolution an verschiedenen Stellen und drei verschiedene Gene, die helle Haut produzieren, was eine komplexe Geschichte darüber erzählt, wie sich die Haut der Europäer in den letzten 8000 Jahren zu viel heller entwickelt hat. Man nimmt an, dass die modernen Menschen, die aus Afrika kamen, um Europa vor etwa 40.000 Jahren zu besiedeln, dunkle Haut hatten, was in sonnigen Breiten von Vorteil ist. Und die neuen Daten bestätigen, dass die frühen Jäger und Sammler in Spanien, Luxemburg und Ungarn vor etwa 8500 Jahren auch eine dunklere Haut hatten: Ihnen fehlten Versionen von zwei Genen –SLC24A5 und SLC45A2—die heute bei Europäern zu Depigmentierung und damit zu blasser Haut führen.

Aber im hohen Norden – wo schwache Lichtverhältnisse blasse Haut begünstigen würden – fand das Team bei Jägern und Sammlern ein anderes Bild: Sieben Personen aus der 7700 Jahre alten archäologischen Stätte Motala in Südschweden hatten beide Genvarianten für helle Haut, SLC24A5 und SLC45A2. Sie hatten auch ein drittes Gen, HERC2/OCA2, das blaue Augen verursacht und auch zu heller Haut und blondem Haar beitragen kann. So waren die alten Jäger und Sammler des hohen Nordens bereits blass und blauäugig, aber die in Mittel- und Südeuropa hatten dunklere Haut.

Als dann die ersten Bauern aus dem Nahen Osten nach Europa kamen, trugen sie beide Gene für helle Haut. Als sie sich mit den einheimischen Jägern und Sammlern kreuzten, fegte eines ihrer hellen Hautgene durch Europa, so dass auch Mittel- und Südeuropäer eine hellere Haut hatten. Die andere Genvariante, SLC45A2, war bis vor etwa 5800 Jahren auf niedrigem Niveau, als es auf eine hohe Frequenz anstieg.

Das Team verfolgte auch komplexe Merkmale wie die Körpergröße, die das Ergebnis des Zusammenspiels vieler Gene sind. Sie fanden heraus, dass die Selektion bei Nord- und Mitteleuropäern seit 8000 Jahren mehrere Genvarianten für die Größe stark begünstigte, mit einem Schub durch die Yamnaya-Migration, die vor 4800 Jahren begann. Die Yamnaya haben das größte genetische Potenzial, um von allen Populationen groß zu werden, was mit den Messungen ihrer alten Skelette übereinstimmt. Im Gegensatz dazu begünstigte die Selektion in Italien und Spanien ab 8000 Jahren kleinere Menschen, so das Papier, das jetzt auf dem bioRxiv-Preprint-Server veröffentlicht wurde. Vor allem Spanier schrumpften vor 6000 Jahren, vielleicht als Folge der Anpassung an kältere Temperaturen und eine schlechte Ernährung.

Überraschenderweise fand das Team unter intensiver Selektion keine Immungene, was der Hypothese widerspricht, dass Krankheiten nach der Entwicklung der Landwirtschaft zugenommen hätten.

Das Papier gibt nicht an, warum diese Gene einer so starken Selektion unterzogen worden sein könnten. Aber die wahrscheinliche Erklärung für die Pigmentierungsgene ist die Maximierung der Vitamin-D-Synthese, sagte die Paläoanthropologin Nina Jablonski von der Pennsylvania State University (Penn State), University Park, als sie sich die Ergebnisse des Posters auf dem Treffen ansah. Menschen, die in nördlichen Breiten leben, bekommen oft nicht genug UV-Strahlung, um Vitamin D in ihrer Haut zu synthetisieren und Vitamin D, das natürlich in Milch vorkommt. „Was wir für ein recht einfaches Bild der Entstehung depigmentierter Haut in Europa hielten, ist ein spannendes Flickwerk der Selektion, da sich die Populationen in nördliche Breitengrade zerstreuen“, sagt Jablonski. „Diese Daten machen Spaß, weil sie zeigen, wie viel Entwicklung in letzter Zeit stattgefunden hat.“

Der anthropologische Genetiker George Perry, ebenfalls von Penn State, stellt fest, dass die Arbeit zeigt, wie das genetische Potenzial eines Individuums durch seine Ernährung und Anpassung an seinen Lebensraum geprägt wird. „Wir bekommen jetzt ein viel detaillierteres Bild davon, wie die Auswahl funktioniert.“


Die Evolution der menschlichen Haut und Hautfarbe

▪ Zusammenfassung Die menschliche Haut ist der sichtbarste Aspekt des menschlichen Phänotyps. Es zeichnet sich vor allem durch sein nacktes Aussehen, die stark verbesserte Fähigkeit zur Ableitung der Körperwärme durch Schwitzen und die große Bandbreite genetisch bedingter Hautfarben innerhalb einer einzigen Art aus. Viele Aspekte der Evolution der menschlichen Haut und Hautfarbe können durch vergleichende Anatomie, Physiologie und Genomik rekonstruiert werden. Die Verbesserung des thermischen Schwitzens war eine Schlüsselinnovation in der menschlichen Evolution, die es ermöglichte, die Homöostase (einschließlich einer konstanten Gehirntemperatur) während anhaltender körperlicher Aktivität in heißen Umgebungen aufrechtzuerhalten. Dunkle Haut entwickelt gleichrangig mit dem Verlust der Körperbehaarung und war der ursprüngliche Zustand für die Gattung Homo. Die Melaninpigmentierung ist anpassungsfähig und wurde durch natürliche Selektion aufrechterhalten. Aufgrund seiner evolutionären Labilität ist der Phänotyp der Hautfarbe als einzigartiger Marker der genetischen Identität nutzlos. In der jüngeren Vorgeschichte hat der Mensch gelernt, sich durch Kleidung und Unterkunft vor der Umwelt zu schützen, wodurch der Spielraum der natürlichen Auslese auf die menschliche Haut eingeschränkt wird.


Hautfarbenentwicklung bei Fischen und Menschen durch dieselben genetischen Maschinen bestimmt

Als die Menschen vor etwa 100.000 Jahren begannen, Afrika zu verlassen, änderte sich ihre Hautfarbe allmählich, um sich an ihre neue Umgebung anzupassen. Und als die letzte Eiszeit vor etwa 10.000 Jahren endete, erlebten marine Vorfahren der im Meer lebenden Stichlinge dramatische Veränderungen der Hautfarbe, als sie neu entstandene Seen und Bäche kolonisierten. Neue Forschungen zeigen, dass die beiden Arten trotz der riesigen evolutionären Kluft zwischen dem Menschen und dem Dreistachligen Stichling eine gemeinsame genetische Strategie verfolgt haben, um die Hautpigmentierung zu erwerben, die jeder Art helfen würde, in ihrer neuen Umgebung zu gedeihen.

Die Forscher unter der Leitung des Ermittlers des Howard Hughes Medical Institute, David Kingsley, veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Ausgabe der Zeitschrift Cell vom 14. Dezember 2007. Kingsley und Erstautor Craig Miller sind an der Stanford University School of Medicine, weitere Co-Autoren sind von der Universität Porto in Portugal, der University of British Columbia, der University of Chicago und der Pennsylvania State University Weitere Studien zu Stichlingen, sie sagen, könnten andere formbare Teile der genetischen Maschinerie enthüllen, die sowohl Fische als auch Menschen zur Anpassung verwendet haben.

Der Stichling ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Evolutionsgeschichte zu einem führenden Modellorganismus für das Studium der Evolution geworden, sagte Kingsley. „Stichlinge haben eine der jüngsten und dramatischsten evolutionären Strahlungen auf der Erde erfahren“, sagte er. Als die letzte Eiszeit endete, schmolzen riesige Gletscher und schufen Tausende von Seen und Bächen in Nordamerika, Europa und Asien. Diese Gewässer wurden von den Meeresvorfahren des Stichlings besiedelt, die sich anschließend an das Leben im Süßwasser angepasst haben. „Dies führte zu einer Vielzahl kleiner evolutionärer Experimente, in denen sich diese isolierten Fischpopulationen an die neuen Nahrungsquellen, Raubtiere, Wasserfarbe und Wassertemperatur anpassten, die sie in diesen neuen Umgebungen fanden“, erklärte Kingsley.

Zu diesen Anpassungen gehörten neue Färbungen, die den Fischen halfen, sich zu tarnen, Arten zu unterscheiden und Partner in ihrer neuen Umgebung anzuziehen. Bisher hatten die Wissenschaftler jedoch nicht verstanden, welche genetischen Faktoren die Veränderungen der Hautpigmentierung antreiben.

Die menschliche Bevölkerung hat sich auch in der Pigmentierung verändert, da sie sich an das Leben in neuen Umgebungen angepasst hat. Die ökologischen Gründe für diese Veränderungen könnten sich von den Kräften unterscheiden, die die Entwicklung der Pigmentierung bei Stichlingen vorantreiben, sagte Kingsley. Als die menschliche Bevölkerung aus Afrika in nördliche Klimazonen abwanderte, nahm der Bedarf an dunklerer Pigmentierung ab, die zum Schutz vor der intensiven tropischen Sonne erforderlich war. Mit einer lichtdurchlässigeren Haut konnte der Mensch im neuen Klima besser ausreichend Vitamin D produzieren.

Um die genetischen Grundlagen der Veränderungen der Hautpigmentierung bei Fischen zu verstehen, kreuzten Kingsley und seine Kollegen Stichlinge mit unterschiedlichen Pigmentierungsmustern und verwendeten genetische Marker und die kürzlich fertiggestellte Sequenzkarte des Genoms des Fisches, um nach dem Mechanismus zu suchen, der die Pigmentierung der Stichlinge reguliert. Sie suchten bei den Nachkommen nach Chromosomenabschnitten, die immer mit der Vererbung dunkler oder heller Kiemen und Haut verbunden waren. Durch detaillierte Kartierung eines solchen Segments fanden Kingsley und seine Kollegen heraus, dass ein Gen namens Kitlg (kurz für "Kit Ligand") mit der Vererbung der Pigmentierung in Verbindung gebracht wird. Kitlg war ein ausgezeichneter Kandidat für die Regulierung der Pigmentierung, da mutierte Formen des entsprechenden Gens bei Mäusen Veränderungen der Fellfarbe hervorrufen, sagte Kingsley.

Das Kitlg-Gen ist an einer Vielzahl von biologischen Prozessen beteiligt, einschließlich der Keimzellentwicklung, der Pigmentzellentwicklung und der Hämatopoese. Helle Fische haben regulatorische Mutationen, die die Expression des Kitlg-Gens in Kiemen und Haut reduzieren, aber die Funktion des Gens in anderen Geweben nicht beeinträchtigen. "Durch die Veränderung der Expression dieses Gens an einer bestimmten Stelle im Körper können die Fische die Expression dieses Faktors in einigen Geweben feinjustieren, in anderen jedoch nicht", sagte Kingsley. "Dadurch kann die Evolution einen großen lokalen Effekt auf ein Merkmal wie die Farbe erzielen, während die anderen Funktionen des Gens erhalten bleiben."

Menschen haben auch ein Kitlg-Gen, und Kingsley und seine Kollegen fragten sich, ob es bei der Regulierung der Pigmentierung der menschlichen Haut eine Rolle spielte. Ein Hinweis, den sie hatten, stammten aus früheren Forschungen anderer Gruppen, die gezeigt hatten, dass das menschliche Kitlg-Gen bei verschiedenen menschlichen Populationen unterschiedliche Veränderungen durchgemacht hat, was darauf hindeutet, dass es evolutionär bedeutsam ist.

Kingsley und seine Kollegen testeten, ob die verschiedenen menschlichen Versionen des Kitlg-Gens mit Veränderungen der Hautfarbe in Verbindung stehen. Menschen mit zwei Kopien der afrikanischen Form des Kitlg-Gens hatten eine dunklere Hautfarbe als Menschen mit einer oder zwei Kopien der neuen Kitlg-Variante, die in Europa und Asien verbreitet ist.

In dem Wissen, dass die Menschen bei ihrer Auswanderung nach Norden auch eine hellere Haut angepasst hatten, fragte sich Kingsley, ob Mutationen im selben Gen für die helle Pigmentierung bei Menschen in nördlichen Gefilden verantwortlich waren. Im Norden, wo weniger Sonnenlicht den Boden erreicht, hilft eine hellere Färbung den Menschen, genug Sonnenlicht aufzunehmen, um Vitamin D zu produzieren.

Kingsley und seine Kollegen sammelten DNA von Menschen mit einer Vielzahl von Hautfarben, um nach Veränderungen in der Haut zu suchen Kit-Ligand Gen. Tatsächlich hatten Menschen mit hellerer Haut eine veränderte Form des Gens. Er sagte, dieses Gen sei nicht allein bei der Kontrolle der Hautfarbe einer Person, aber es scheint etwa 20 Prozent der Unterschiede in der Pigmentierung zwischen Menschen afrikanischer und nordeuropäischer Abstammung zu erklären.

&bdquoEs ist der gleiche genetische Mechanismus zwischen Organismen, die sich stark voneinander unterscheiden&rdquo, sagte Kingsley. Von diesem Gen ist bekannt, dass es ein Protein herstellt, das eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Melanozyten-Hautzellen spielt, die die Pigmentierung kontrollieren.

In Bezug auf den Fortgang der Evolution wäre dieses Gen eine große Kelle Farbstoff, die dazu beiträgt, die Lackfarbe vom Original abzuheben. Zusätzliche genetische Veränderungen sind für die genaue Hautfarbe jeder Person verantwortlich.

„Obwohl mehrere Chromosomenregionen zu dem komplexen Merkmal der Pigmentierung bei Fischen und Menschen beitragen, haben wir ein Gen identifiziert, das bei beiden Arten eine zentrale Rolle bei Farbveränderungen spielt“, sagte Kingsley.

"Since fish and humans look so different, people are often surprised that common mechanisms may extend across both organisms," he said. "But there are real parallels between the evolutionary history of sticklebacks and humans. Sticklebacks migrated out of the ocean into new environments about ten thousand years ago. And they breed about once every one or two years, giving them five thousand to ten thousand generations to adapt to new environments."

Although modern humans arose in Africa, they are thought to have migrated out of Africa in the last 100,000 years. "Humans breed about once every 20 years, giving them about 5,000 generations or so to emerge from an ancestral environment and colonize and adapt to new environments around the world," Kingsley added. "So despite the difference in total years, the underlying process is actually quite similar. Whether it be fish or humans, there were small migrating populations encountering new environments and evolving significant changes in some traits in a relatively short time. And the genetic mechanisms that can produce these changes may be so constrained that evolution will tend to use the same sorts of genes in different organisms."

Kingsley and his colleagues are now exploring the genetic basis of other evolved traits in the stickleback that could find a parallel in humans. "And given the degree to which evolutionary mechanisms appear to be shared between populations and organisms, we're optimistic about finding the particular genes that underlie other recent adaptations to changing environments in both fish and humans," he said.


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The following video(s) are recommended for use in association with this case study.


    In this short video, Penn State University anthropologist Dr. Nina Jablonski walks us through the evidence that the different shades of skin color among human populations arose as adaptations to the intensity of ultraviolet radiation in different parts of the world. Running time: 18:58 min. Produced by: HHMI BioInteractive.


Schau das Video: Evolution -Die Geschichte unseres Lebens- WDR (August 2022).