Виноваты фолаты
Познакомимся наконец с гипотезой, которая если и не стала доминирующей в научном мире, но держится, по-моему, на самом солидном фундаменте фактов. Напомню, что мы так и не разобрались, от каких бед защищает людей, живущих вблизи экватора, темная кожа.
Как вы уже знаете, в результате воздействия солнечного света в коже происходит синтез превитамина D3. Быть может, другие важные вещества, содержащиеся в коже и в подкожных кровеносных сосудах, могут, напротив, распадаться под действием ультрафиолетового излучения? По мнению некоторых ученых, такими веществами стали фолиевая кислота (или витамин B9) и ее производные — фолаты. Полагаю, что многим читателям, особенно женщинам, это понятие хорошо знакомо. Сейчас фолиевую кислоту часто рекомендуют беременным, поскольку показано, что прием B9 уменьшает вероятность различных патологий плода, а нехватка этого витамина может приводить к анемии и другим осложнениям. Сообщают, что прием фолиевой кислоты на 70% снижает риск развития патологий нервной трубки.
Но этим польза фолиевой кислоты не исчерпывается. Фолаты необходимы для развития кровеносной и иммунной систем, для синтеза ДНК, а также — это важно уже для мужчин — для нормального производства сперматозоидов. Роль фолиевой кислоты настолько важна, что в некоторых странах ею стали обогащать продукты питания.
Фолиевую кислоту открыли в 1931 году, когда установили, что дрожжевой экстракт помогает беременным победить анемию именно благодаря содержащемуся в дрожжах витамину. Позже выяснилось, что большое количество фолатов есть в зеленых овощах, например в шпинате, а в 1945 году фолиевую кислоту удалось синтезировать. Примерно в это же время ученые обнаружили, что фолаты распадаются на свету. Может быть, то же случается и с фолиевой кислотой в крови? В 1978 году американские врачи Ричард Брэнда и Джон Итон поставили опыт: в течение часа они облучали человеческую плазму крови ультрафиолетом А (360 нм). В результате содержание фолатов упало на 30–50%. Но это в пробирке. Для того чтобы выяснить, что происходит с фолатами в человеческом организме, ученые обследовали 10 человек — бледнокожих европейцев, которые страдали от различных кожных заболеваний и в связи с этим проходили фототерапию. В течение как минимум трех месяцев один-два раза в неделю пациентов облучали ультрафиолетом. Уровень фолатов в крови у испытуемых оказался заметно ниже, чем у 64 здоровых, не облучавшихся европейцев.
Кстати, еще один фактор, к которому очень чувствительны фолаты, — этанол. Алкоголь тормозит всасывание фолиевой кислоты в кишечнике и деактивирует ее в крови и тканях. Поэтому дефицит витамина B9 — распространенная проблема алкоголиков.
Исследователи предположили, что если нехватка B9 сильно бьет по репродуктивной способности, то у людей, живших в тропиках, должна была выработаться защита от распада фолатов, вызываемого ультрафиолетом. Тесты показывали, что разница между черной и белой кожей в способности блокировать солнечные лучи особенно велика для волн длиннее 320 нм, а это именно тот диапазон, который вызывает быстрый распад фолатов. Напротив, синтез витамина D3 связан с более короткими волнами УФ (280–320 нм). В дальнейшем выяснилось, что такие патологии, как spina bifida, особенно распространены у светлокожих популяций, а у африканцев — даже у тех, чей рацион скуден, — встречаются редко.
Получается, что мигрировавшим группам древних людей приходилось балансировать между недостатком витамина B9 (когда ультрафиолета много) и нехваткой витамина D3 (когда ультрафиолета мало). Этим и объясняется то, что аборигенные человеческие популяции так четко выстраиваются от экватора к полюсу: чем выше широта, тем кожа светлее.
Гипотезу «B9 + D3» основательно развила наша знакомая — Нина Яблонски вместе со своим коллегой Джорджем Чаплином из Пенсильванского университета. Эти исследователи, конечно, были далеко не первыми, кто выявил связь уровня солнечного излучения и кожной пигментации. Немецкий антрополог Г. Вальтер еще в 1971 году высчитал зависимость между средней интенсивностью УФ и цветом кожи аборигенных популяций на различных территориях и показал сильную корреляцию, существующую в том числе внутри отдельных рас. Однако интенсивность солнечного света в таких исследованиях оценивали с помощью расчетов, теоретически. Важная заслуга Яблонски и Чаплина в том, что они впервые проверили гипотезу с помощью прямых измерений.
К 1990-м годам ученые получили возможность измерять силу ультрафиолетового излучения благодаря космическим спутникам. Яблонски и Чаплин использовали данные, накопленные аппаратом NASA TOMS 7, — уровень УФ в 190 тысячах точек между 65° с. ш. и 65° ю. ш., измерявшийся ежедневно с 1979 по 1992 год. Учтены были и толщина озонового слоя, и высота над уровнем моря, и облачность, и наличие снега (отражающего часть ультрафиолета), и другие факторы, после чего посчитана среднегодовая доза УФ.
В этом и ряде других исследований доза ультрафиолетового излучения оценивалась в количестве единиц UVMED (UV — ультрафиолет, MED — minimal erythema dose, минимальная эритемная доза, т.е. наименьшая доза излучения, после которой в течение 24 часов на коже появляется покраснение). Показано, что UVMED для сильнопигментированной кожи африканца в 33 раза выше, чем для кожи европейца. В исследовании Яблонски и Чаплина используется стандартная UVMED для светлой кожи.
Яблонски и Чаплин решили посчитать, в каких регионах круглый год хватает солнца для синтеза витамина D3 в светлой коже, а где с этим могут возникать проблемы. Но как это сделать? Воспользоваться исследованием, которое за несколько лет до этого провели специалисты медицинской школы Бостонского университета.
Эти медики выясняли, какого уровня УФ-излучения достаточно для того, чтобы в белой коже начал образовываться превитамин D3. Интересно исследователи подошли к выбору образцов: они экспериментировали с кусочками крайней плоти младенцев, оставшимися после обрезания… Кстати, не думайте, что медикам пришлось заключать договор с синагогой или мечетью: в Соединенных Штатах многие подвергают этой неприятной процедуре своих детей из гигиенических соображений.
Подготовленные образцы кожи разрезали на две части, одну из которых хранили для контроля в темноте, а другую выкладывали на три часа «загорать» на полуденном солнце. Эксперименты проводили в Бостоне (42° с. ш.) в безоблачные дни в течение всего года. Максимальный эффект солнечное излучение давало в июне и июле, когда уже двух минут было достаточно для старта синтеза превитамина. Но совсем не так солнечно в другие месяцы. С ноября по февраль исследователи не обнаружили в облученной коже вообще никаких следов D3. Синтез еле-еле пошел только 17 марта. Еще хуже, чем в Бостоне, ситуация оказалась в канадском Эдмонтоне (52° с. ш.), где синтез витамина D3 начинался лишь в солнечные дни апреля и прекращался в октябре. Вам, живущие на широте Москвы (55°) и Петербурга (60°), пламенный привет!
Другое дело — Лос-Анджелес (34°) и Пуэрто-Рико (18°), где образование превитамина не прекращалось и в январе. Конечно, в более южном Пуэрто-Рико этот процесс шел интенсивнее: за час в январе 10% 7-дегидрохолестерола успело превратиться в превитамин, тогда как в Лос-Анджелесе — только 3%.
Полученные результаты хорошо согласовывались с клиническими данными, согласно которым 30–40% пожилых людей в Бостоне и Великобритании, впервые обращавшихся к врачу из-за перелома бедра, страдали от дефицита D3 (и таких его последствий, как остеопороз). Закономерно: если летом не гулять на солнце и плохо питаться, то витамин D3 не успевает накопиться в жировой ткани, и его запасов на зиму не хватит.
Вот как рассуждали Яблонски и Чаплин: из спутниковой базы данных можно узнать уровень излучения в районе Бостона в дни исследований, о которых говорилось выше. Исходя из этого, вычислить минимальное значение УФ, необходимое для синтеза D3. И сравнить его с интенсивностью ультрафиолета в разных частях планеты. Проделав такую работу, исследователи разделили нашу Землю на три зоны.
Зона 1 — в ней солнечного излучения хватает для синтеза D3 в течение всего года. Эта зона вокруг экватора простирается на 5° от тропика Рака на севере и на 5° от тропика Козерога на юге. В нее попадают бóльшая часть Африки, Индия, юг Китая, север Австралии. Повезло жителям почти всей территории Саудовской Аравии, юга Пакистана и Ирана, Индонезии, Меланезии, Филиппин; в Новом Свете — Бразилии, Мексики, стран Мезоамерики.
Зона 2 — это территории, где хотя бы один месяц в году усредненного ежедневного уровня УФ недостаточно для эффективного образования D3. В этой зоне оказываются большие территории Северного полушария: Япония, Монголия, бóльшая часть Китая и Казахстана на востоке, Украина, Италия, Греция, Испания, Франция, север Ирана, Турция; в Новом Свете — почти все США, а южнее экватора — южная часть Австралии, Новая Зеландия, самый юг Африки, Аргентина.
Наконец, страшная Зона отчуждения, т.е. Зона 3 — территория, где ежедневный уровень ультрафиолета, округленный за год, не достигает дозы, необходимой для синтеза D3. В летние месяцы что-то, конечно, в коже образуется, но среднее значение УФ падает ниже опасной черты. Жители России, поздравляю вас! Бóльшая часть нашей страны находится глубоко в Зоне 3. Но мы с вами не одиноки! Наши товарищи по несчастью — север Европы, Великобритания, Канада… Только потребление пищи, богатой витамином D3, спасает обитателей проклятой Зоны 3 от неминуемого вымирания.
Напомню, что все это посчитано для светлых людей. Поскольку для синтеза D3 темной коже требуется в пять раз больше времени, границы зон для темнокожих заметно сместятся к экватору.
Но подождите причитать о том, что родились не в той зоне, — я еще не рассказал про главный результат исследования Яблонски и Чаплина. Ученые посмотрели, как отражательная способность кожи коррелирует со среднегодовым уровнем УФ, использовав данные о цвете кожи аборигенных популяций из литературы (корреляция высокая, r = 0,827). И вывели формулу линейной зависимости отражательной способности кожи от уровня ультрафиолета.
А затем на основании этой формулы построили карту распределения цвета кожи по планете и сравнили с реальным распределением. Получилось очень похоже! Конечно, отличия есть, но они легко объяснимы: ведь мы не учитываем, сколько времени пребывает на данной территории аборигенная популяция. 1000 лет? А может, 30 000 лет? Чем дольше этот срок, тем точнее предсказание, даваемое формулой. Кроме того, не стоит забывать про влияние культуры. Столь ли важно, какого цвета кожа, если человек с головы до пят закутан в ткань?
Поэтому отклоняются от прогноза американские индейцы, чьи предки лишь относительно недавно мигрировали в Новый Свет, или тибетцы, которые явно не были голыми, когда заселяли бассейн реки Цангпо.
Надо сказать, что еще в первой половине XX века цвета кожи нанес на карту итальянский географ Ренатто Биасутти. Карта Биасутти, составленная на основе шкалы Лушана, популярна до сих пор, хотя и опиралась на очень неполные данные. Области, информация по которым отсутствовала, географ просто закрасил цветом граничащих с ними территорий.
Карта распределения цветов кожи Ренатто Биасутти.
Источник:
Исследователи не остановились на достигнутом. Они выяснили, что лучше всего с цветом кожи коррелирует не максимальный и не средний за год, а осенний уровень ультрафиолета, и уточнили свою формулу, а результат представили в виде наглядной географической карты.
Рано радуетесь! Вскоре над гипотезой фолатов стали сгущаться тучи. Фолаты послушно распадались от ультрафиолета в пробирке, но в опытах на людях — не всегда. Пионерское исследование Брэнды и Итона было с изъянами и на маленькой выборке. Ряд более поздних экспериментов дал противоречивые результаты. В нескольких случаях уровень фолатов в плазме крови подопытных падать отказался. Положительный результат дало лишь исследование на группе пациентов с витилиго, однако можно ли такие результаты распространить на здоровых людей? Кроме того, исследователи обратили внимание, что разные формы фолатов могут по-разному реагировать на ультрафиолет. Оказалось, что только синтетически полученная фолиевая (птероилглутаминовая) кислота распадается под действием длинных волн УФ (УФA, 315–400 нм). Распад другой, самой биологически активной формы фолатов — 5-метилтетрагидрофолата (5-МТГФ), — вызывали лишь более короткие волны (УФB, 280–315 нм), но способны ли они проникать в кровеносные сосуды в глубоких слоях кожи? Вероятно, туда дотягивается только УФA.
В эксперименте японского биолога Tсутому Фкуватари группе из 14 студентов прописали солнечные ванны. Уровень фолатов в крови понизился лишь у тех испытуемых, которые до этого в течение двух дней принимали фолиевую кислоту. Несколько лет спустя аналогичное исследование, но на большей выборке провели австралийские медики. По их данным, чем больше солнечного излучения получали женщины, употреблявшие фолиевую кислоту, тем меньше фолатов обнаруживалось в их крови. Авторы сделали вывод, что если женщина проводит на солнце много времени, то падает эффективность принимаемого ею препарата… Птероилглутаминовая кислота, циркулирующая в крови, распадается под действием УФA. Только все это не имеет отношения к эволюции, ведь наши предки не принимали синтетической фолиевой кислоты.
Складывается ситуация, критическая для гипотезы. Погибнет ли она под напором опровержений, или исследователям удастся усовершенствовать свою модель с учетом новых экспериментов? Либо найти в них изъяны? Либо и то и другое?
Не спешим хоронить хорошую гипотезу! Исследования продолжались. В 2015 году группа американских ученых обратила внимание на недосмотр экспериментаторов. В предыдущих опытах содержание фолатов оценивали в крови, но 5-МТГФ содержится и в эпидермисе. Как раз эпидермис принимает на себя всю мощь солнечного ультрафиолета, и одна из функций фолатов в коже — защищать ДНК от разрывов, вызываемых излучением. В новых опытах использовали куски кожи с живота женщин, перенесших пластические операции ввиду избыточного веса (ну разумеется, с согласия этих дам). После ультрафиолетового облучения содержание фолатов в эпидермисе упало на 28%. Ура? Не совсем. В масштабе общего количества фолатов в человеческом теле потери оказались мизерными (порядка 0,1%). Далее авторы рассуждали о том, что при регулярном пребывании на солнце изменения могут все-таки стать ощутимыми, особенно если пища скудна. Неизвестно, как быстро кожа восстанавливает баланс фолатов после облучения, а со снижением их концентрации в эпидермисе, возможно, возрастает риск развития рака кожи — плоскоклеточной карциномы. Вот мы и вернулись к гипотезе рака кожи!
