Почему у людей разный цвет кожи

Биохимия пигментации и роль меланина

Окраску кожи человека задаёт пигмент меланин. Его производят специализированные клетки эпидермиса, называемые меланоцитами. Эти клетки залегают в базальном слое кожи и по микроскопическим отросткам передают гранулы пигмента, меланосомы, соседним клеткам, кератиноцитам. Кератиноциты захватывают гранулы и выстраивают их над своим ядром наподобие защитного зонтика. Такое расположение щита экранирует молекулы ДНК от разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения.

У всех здоровых людей плотность меланоцитов на единицу площади кожи примерно одинакова. Интенсивность окраски зависит от типа синтезируемого меланина, размера вырабатываемых гранул и скорости их распада в тканях. В биохимическом каскаде задействована аминокислота тирозин, которая под действием фермента тирозиназы трансформируется в две базовые молекулярные формы пигмента.

• Эумеланин представляет собой полимер тёмно-коричневого или чёрного оттенка, он превосходно поглощает фотоны широкого спектра и эффективно рассеивает избыток энергии в тепло.
• Феомеланин содержит включения цистеина и серы, имеет красновато-жёлтый тон, хуже рассеивает ультрафиолет и при сильном облучении способствует формированию свободных радикалов.

Соотношение эумеланина и феомеланина предопределяет базовый оттенок эпидермиса, волосяного покрова и радужной оболочки глаз. Чем выше доля эумеланина, тем темнее кожные покровы и тем надёжнее ткани экранированы от фотоповреждений.

Эволюционный компромисс между фолатами и витамином D

Долгое время антропологи полагали, что тёмная кожа возникла исключительно для защиты от рака кожи. Однако онкологические заболевания эпидермиса развиваются преимущественно в зрелом возрасте, когда репродуктивный период уже завершился или подходит к концу. Естественный отбор действует через репродуктивный успех, поэтому решающим фактором отбора стал баланс двух жизненно важных биологических веществ.

Первое вещество — фолиевая кислота, или витамин B9. Она критически необходима для синтеза ДНК, деления клеток и нормального сперматогенеза у мужчин. У беременных женщин дефицит фолатов ведёт к патологиям развития нервной трубки плода, вроде расщепления позвоночника. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи спектра А способны проникать глубоко в дерму и разрушать циркулирующую в кровеносных капиллярах фолиевую кислоту. Тёмная кожа с обилием эумеланина задерживает лучи и спасает фолаты от разрушения, сохраняя способность людей рожать здоровое потомство.

Второе вещество — витамин D3, или холекальциферол. Он синтезируется в коже под влиянием средневолновых лучей спектра B из предшественника, 7-дегидрохолестерина. Без витамина D организм утрачивает способность эффективно усваивать кальций и фосфор из пищи, что приводит к рахиту у детей и деформации костей таза у женщин, делая естественные роды смертельно опасными.

Хронология расселения человека из Африки

Шерстяной покров шимпанзе скрывает под собой светлую кожу. Около двух миллионов лет назад ранние гоминиды рода Homo в условиях саванны перешли к активному дневному бегу на выносливость. Чтобы спасти мозг и тело от перегрева, предки утратили сплошную густую шерсть и развили развитую систему потоотделения. Обнажённая кожа подверглась удару тропического экваториального солнца, вследствие чего закрепилась мутация в гене MC1R, обеспечившая высокую плотность эумеланина и глубокую тёмную пигментацию.

Примерно 60–70 тысяч лет назад популяции Homo sapiens начали волнами выходить за пределы африканского континента и мигрировать в Евразию. По мере продвижения на север интенсивность ультрафиолета стремительно падала, а зимний период на высоких широтах вовсе исключал возможность эндогенного синтеза витамина D в тёмной коже. Начался мощный обратный естественный отбор.

• В популяциях западной Евразии депигментация шла через мутации в генах SLC24A5 и SLC45A2, которые снизили продукцию меланина и сделали меланосомы более мелкими.
• В восточноазиатских популяциях адаптация шла независимым генетическим маршрутом, задействовав изменения в гене OCA2 и регуляторных участках вокруг гена KITLG.

Палеогенетические исследования останков древних европейцев доказали любопытный факт. Охотники-собиратели Европы ещё 8–10 тысяч лет назад сохраняли смуглую кожу и часто имели голубые глаза, примером чему служит скелет Чеддерского человека из Великобритании. Массовое осветление европейской кожи совпало с неолитической революцией и переходом к земледелию. Охотники получали витамин D из мяса диких животных и жирной речной рыбы. Земледельцы перешли на растительную диету из злаков, лишённую этого витамина, поэтому выжить на севере смогли исключительно обладатели светлой кожи, способной улавливать даже слабый зимний свет.

Генетические механизмы регуляции тона кожи

Цвет кожи относится к классическим полигенным признакам. Это означает, что за наследование пигментации отвечает совокупная работа десятков генов, каждый из которых вносит свой небольшой вклад в итоговый фенотип. В геноме человека идентифицировано более сотни локусов, влияющих на оттенок кожных покровов.

Ключевую роль играет рецептор меланокортина 1-го типа, кодируемый геном MC1R. При активации гормоном меланоцитостимулирующим он запускает синтез тёмного эумеланина. Мутации, снижающие активность этого рецептора, переключают ферментативный путь на производство феомеланина. Следствием таких замен становятся бледная кожа, веснушки и рыжий цвет волос. Другой важнейший ген, SLC24A5, отвечает за ионный обмен в мембранах меланосом. Аллель А этого гена, ответственный за выраженное осветление кожи, присутствует почти у ста процентов коренных европейцев, возникнув ориентировочно около 30 тысяч лет назад.

Исключения из географического правила

Биологическая карта мира знает несколько кажущихся парадоксов, когда тон кожи популяции не вполне соответствует её географической широте. Эти случаи наглядно подтверждают действие естественного отбора через другие адаптивные каналы.

Коренные народы Арктики, такие как инуиты, чукчи и эскимосы, проживают в условиях экстремально низкого уровня ультрафиолета, однако обладают смуглой кожей и тёмными волосами. Причина кроется в традиционном рационе питания. Основу их меню тысячелетиями составляли тюлений жир, печень морских млекопитающих и свежая рыба северных морей. Эти продукты содержат колоссальное количество готового витамина D, поэтому отбор на экстремальное посветление покровов у них просто не происходил. Одновременно смуглая кожа защищала сетчатку и лицо от ярчайшего солнечного света, отражённого от бесконечных ледяных и снежных полей.

Другой фактор связан со временем проживания популяции на конкретной территории. Коренные народы экваториальной зоны Южной Америки, живущие в бассейне реки Амазонки, заметно светлее коренных жителей Центральной Африки на той же широте. Предки индейцев пересекли Берингов пролив и заселили Южную Америку по эволюционным меркам совсем недавно, около 15–20 тысяч лет назад. За этот относительно короткий временной интервал естественный отбор ещё не успел накопить и зафиксировать мутации максимальной темнокожести.