과학자들은 납과 인간 진화 사이의 놀라운 연관성을 발견했습니다

이 연구는 에 게시되었습니다. 과학 발전 — 또한 ​​현대 인류가 궁극적으로 네안데르탈인을 능가한 이유에 대한 새로운 시각을 제시합니다. 네안데르탈인의 유전적 변이가 있는 실험실에서 자란 뇌 유기체는 인간의 유전적 변형이 있는 유기체보다 납에 더 강하게 반응하여 네안데르탈인이 납의 신경학적 영향에 더 취약했을 수 있음을 암시합니다.

서던 크로스 대학교(호주)의 지구고고학 및 고고학 연구 그룹(GARG), 마운트 시나이 병원(뉴욕, 미국)의 아이칸 의과대학 환경 의학부, 캘리포니아 대학교 샌디에고(UCSD, 미국) 의과대학의 연구원들은 화석 화학, 뇌 유기체 실험, 진화 유전학을 결합하여 납이 인류의 역사에 어떻게 영향을 미쳤는지 밝혀냈습니다.

화석 치아에 고대 납이 노출되었다는 증거

수년 동안 납 독성은 제련, 채광, 납 휘발유 및 페인트 사용을 포함한 인간 산업과 밀접하게 연관되어 있다고 가정되었습니다. 연구자들이 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스, 파란트로푸스 로부스투스, 초기 인류, 네안데르탈인, 호모 사피엔스를 포함한 다양한 인류와 유인원의 화석 치아 51개를 분석하자 이러한 견해는 바뀌었습니다. 치아에서는 거의 200만년 전으로 거슬러 올라가 간헐적으로 납에 노출된 명확한 화학적 흔적이 나타났습니다.

Southern Cross University의 GARG 시설(뉴사우스웨일즈 주 Lismore에 위치)과 Mount Sinai의 Exposomics 실험실에서 수행된 고정밀 레이저 절제 지구화학에서는 법랑질과 상아질에서 뚜렷한 ‘리드 밴드’가 드러났습니다. 이 띠는 어린 시절에 형성되었으며 환경적 원인(예: 오염된 물, 토양 또는 화산 활동)이나 신체의 뼈에 저장되었다가 스트레스나 질병 중에 방출되는 납을 반복적으로 섭취하는 기간을 나타냅니다.

Southern Cross University의 GARG 연구 그룹 책임자인 Renaud Joannes-Boyau 교수는 “우리의 데이터에 따르면 납 노출은 산업 혁명의 산물이 아니라 진화적 환경의 일부였습니다.”라고 말했습니다.

“이것은 우리 조상의 뇌가 수천 년에 걸쳐 그들의 사회적 행동과 인지 능력을 형성했을 수 있는 강력한 독성 금속의 영향을 받아 발달했다는 것을 의미합니다.”

납이 초기 두뇌 발달과 상호작용하는 방법

이러한 노출의 기능적 영향을 이해하기 위해 팀은 초기 뇌 발달의 단순화된 실험실 성장 모델 역할을 하는 인간 뇌 오가노이드를 연구했습니다. 그들은 납이 신경 발달 중 납 노출 시 유전자 발현을 조절하는 NOVA1이라는 두 가지 주요 발달 유전자 버전에 어떻게 영향을 미치는지 테스트했습니다. NOVA1의 현생 인류 버전은 네안데르탈인과 다른 멸종된 인류에서 볼 수 있는 변종과는 다르지만, 이러한 진화적 변화의 이유는 이전에는 불분명했습니다.

네안데르탈인과 유사한 NOVA1 변이체를 보유하는 오가노이드는 납에 노출되었을 때 피질과 시상에서 FOXP2 발현 뉴런에 상당한 혼란을 보였습니다. 이러한 뇌 영역은 언어 및 언어 발달에 필수적입니다. 현대 인간 NOVA1 유전자를 가진 유기체는 파괴가 훨씬 덜한 것으로 나타났습니다.

“이러한 결과는 우리의 NOVA1 변종이 납의 유해한 신경학적 효과에 대한 보호를 제공했을 수 있음을 시사합니다.”라고 소아과/세포 및 분자 의학 교수이자 UC San Diego Sanford 줄기 세포 연구소 통합 우주 줄기 세포 궤도 연구 센터 소장인 Alysson Muotri 교수는 말했습니다.

“이 경우에는 납 독성과 같은 환경적 압력이 어떻게 생존과 언어를 사용하여 의사소통하는 능력을 향상시키는 유전적 변화를 주도했을 수 있었는지에 대한 특별한 예입니다. 그러나 이는 이제 현대 납 노출에 대한 우리의 취약성에도 영향을 미칩니다.”

현대 인류의 출현에 대한 유전적 통찰

연구의 유전적 및 단백질체학적 데이터에 따르면 고대 유전자 변이가 있는 오가노이드에 납이 노출되면 신경 발달, 의사소통 및 사회적 행동과 관련된 여러 경로가 중단되는 것으로 나타났습니다. FOXP2 중단은 말하기 및 언어 분야에서 FOXP2의 확고한 역할 때문에 특히 주목할 만합니다. 이러한 결과는 환경 독소로 인한 장기적인 압력이 현생 인류와 네안데르탈인의 다양한 진화 경로를 따라 인지 및 의사소통 특성을 변화시켰을 수 있음을 시사합니다.

“이 연구는 우리의 환경 노출이 우리의 진화를 어떻게 형성했는지 보여줍니다”라고 환경 의학 교수이자 부회장인 Manish Arora 교수는 말했습니다.

“종간 경쟁의 관점에서 독성 노출이 전반적인 생존 이점을 제공할 수 있다는 관찰은 환경 노출과 관련된 장애의 진화적 뿌리를 조사하기 위한 환경 의학에 대한 새로운 패러다임을 제공합니다.”

고대 납 노출이 오늘날 우리에게 미치는 영향

현대의 납 노출은 대부분 산업 활동과 관련되어 있지만 특히 어린이에게 심각한 건강 위협을 가하고 있습니다. 새로운 발견은 납에 대한 인간의 민감성이 과거 진화에 뿌리를 두고 있으며 유전자와 환경 조건 사이의 상호 작용에 의해 형성될 수 있음을 보여줍니다.

Joannes-Boyau 교수는 “우리의 연구는 납 노출의 역사를 다시 쓸 뿐만 아니라 우리 유전자와 환경 사이의 상호 작용이 수백만 년 동안 우리 종을 형성해왔고 앞으로도 그럴 것임을 상기시켜 줍니다.”라고 덧붙였습니다.

이번 연구는 아프리카, 아시아, 유럽, 오세아니아의 치아 화석을 바탕으로 상세한 지구화학적 매핑을 사용하여 어린 시절의 납 섭취 에피소드를 추적했습니다. 이와 동시에 현대 또는 고대 NOVA1 유전자를 포함하는 뇌 유기체를 사용하여 납이 뇌 발달에 어떤 영향을 미치는지 연구했으며, 특히 언어의 핵심 유전자인 FOXP2에 주목했습니다. 납이 인류의 인지와 사회적 행동의 진화에 어떻게 영향을 미쳤을 수 있는지에 대한 광범위한 이해를 구축하기 위해 유전적, 전사체 및 단백질체학 분석이 결합되었습니다.