Светлая кожа — это цвет кожи человека с низким уровнем пигментации эумеланина , что является адаптацией к среде с низким УФ-излучением . [1] [2] [3] Светлая кожа чаще всего встречается среди коренного населения Европы , Западной Азии , Центральной Азии и Северо-Восточной Азии , что измеряется по отражательной способности кожи . [4] Людей со светлой пигментацией кожи часто называют « белыми » [5] [6], хотя в некоторых странах это словоупотребление может быть неоднозначным, где оно используется для обозначения определенных этнических групп или популяций. [7]
У людей со светлой пигментацией кожи кожа с низким содержанием эумеланина и меньше меланосом , чем у людей с темной пигментацией кожи. Светлая кожа обеспечивает лучшее поглощение ультрафиолетового излучения, что помогает организму синтезировать большее количество витамина D для таких процессов в организме, как выработка кальция. [3] [8] С другой стороны, светлокожие люди, живущие вблизи экватора , где много солнечного света , подвергаются повышенному риску истощения запасов фолиевой кислоты . В результате истощения запасов фолиевой кислоты они подвергаются более высокому риску повреждения ДНК , врожденных дефектов и многих видов рака , особенно рака кожи . [9] Люди с более темной кожей, живущие дальше от тропиков, могут иметь более низкий уровень витамина D, что также может привести к осложнениям со здоровьем, как физическим, так и психическим, включая больший риск развития шизофрении . [10] Эти два наблюдения образуют «гипотезу витамина D-фолата», которая пытается объяснить, почему популяции, мигрировавшие из тропиков в районы с низким УФ-излучением [11], в результате эволюции приобрели светлую пигментацию кожи. [3] [12] [13]
Распределение светлокожих популяций тесно коррелирует с низким уровнем ультрафиолетового излучения регионов их проживания. Исторически сложилось так, что светлокожие популяции почти исключительно жили вдали от экватора, в высоких широтах с низкой интенсивностью солнечного света. [14] Из-за колонизации, империализма и возросшей мобильности людей между географическими регионами в последние столетия светлокожее население сегодня встречается по всему миру. [3] [15]
Принято считать, что темная кожа возникла как защита от воздействия УФ-излучения ; Эумеланин защищает как от истощения запасов фолиевой кислоты , так и от прямого повреждения ДНК . [3] [18] [19] [20] Этим объясняется темная пигментация кожи Homo sapiens во время их развития в Африке; основные миграции из Африки с целью колонизации остального мира также были темнокожими. [21] Широко распространено мнение, что легкая пигментация кожи возникла из-за важности поддержания выработки витамина D3 в коже. [22] Ожидается сильное избирательное давление для развития светлой кожи в областях с низким УФ-излучением. [12]
Более светлые тона кожи эволюционировали независимо у древних популяций северо-запада и северо-востока Евразии, причем эти две популяции разошлись около 40 000 лет назад. Исследования показали, что два гена, наиболее связанные с более светлым цветом кожи у современных европейцев, возникли на Ближнем Востоке и на Кавказе примерно 22 000–28 000 лет назад [21] и присутствовали в Анатолии 9 000 лет назад, где их носители стали ассоциироваться с Неолитическая революция и распространение неолитического земледелия по Европе. [23] Более светлая кожа и светлые волосы также появились у населения Древней Северной Евразии . [24]
Дальнейшая волна светлокожих популяций по всей Европе (и в других местах) связана с ямной культурой и индоевропейскими миграциями, имеющими древнее североевразийское происхождение и аллель KITLG для светлых волос. Более того, ген SLC24A5, связанный со светлой пигментацией у европейцев, был завезен в Восточную Африку из Европы более пяти тысяч лет назад. Эти аллели теперь можно найти у жителей Сан , Эфиопии и Танзании с афро-азиатским происхождением. [25] [26] [27] SLC24A5 в Эфиопии сохраняет значительную частоту среди семитско-кушитских популяций по сравнению с омотическими, нилотскими или нигерийско-конголезскими группами. Предполагается, что он мог попасть в регион в результате миграции из Леванта, что также подтверждается лингвистическими данными. [28] У народа сан он был приобретен в результате взаимодействия со скотоводами Восточной Африки. [29] Между тем, в случае Северо-Восточной Азии и Америки за более светлый цвет кожи отвечает вариант гена MFSD12. [24] Таким образом, современная связь между тоном кожи и широтой возникла сравнительно недавно. [21]
Некоторые авторы выразили осторожность в отношении прогнозов пигментации кожи. По данным Джу и др. (2021) в исследовании, охватывающем 40 000 лет современной истории человечества, «мы можем оценить, в какой степени они несли те же аллели легкой пигментации, которые присутствуют сегодня», но объяснить, что c. 40 000 лет назад охотники-собиратели раннего верхнего палеолита «могли нести разные аллели, которые мы сейчас не можем обнаружить», и в результате «мы не можем с уверенностью делать заявления о пигментации кожи древних популяций». [17]
По данным Кроуфорда и др. (2017), большинство генетических вариантов, связанных со светлой и темной пигментацией, по-видимому, возникли более 300 000 лет назад. [30] Африканские, южноазиатские и австрало-меланезийские популяции также несут производные аллели темной пигментации кожи, которые не встречаются у европейцев или жителей Восточной Азии. [26] Хуанг и др. В 2021 году было обнаружено существование «селективного давления на светлую пигментацию у предкового населения европейцев и жителей Восточной Азии» до их расхождения друг с другом. Также было обнаружено, что на пигментацию кожи влияет направленный отбор в сторону более темной кожи у африканцев, а также более светлой кожи у евразийцев. [31] Кроуфорд и др. (2017) аналогичным образом обнаружили доказательства отбора в сторону светлой пигментации до расхождения жителей Западной Евразии и Восточной Азии. [26]
Исследование, проведенное Фрегелем, Розой и др. (2018) показали, что у марокканцев позднего неолита была мутация SLC24A5 европейского происхождения и другие аллели, которые предрасполагают людей к более светлому цвету кожи и глаз. [32] Мутация A111T в гене SLC24A5 преобладает в популяциях западно-евразийского происхождения. Географическое распространение показывает, что оно почти зафиксировано во всей Европе и на большей части Ближнего Востока, простираясь на восток до некоторых групп населения в современном Пакистане и Северной Индии. Он демонстрирует широтное снижение к экватору с высокими частотами в Северной Африке (80%) и средними (40–60%) в Эфиопии и Сомали. [25]
В 1960-х годах биохимик У. Фарнсворт Лумис предположил, что цвет кожи связан с потребностью организма в витамине D. Основным положительным эффектом УФ-излучения у наземных позвоночных является способность синтезировать из него витамин D3 . Определенное количество витамина D помогает организму усваивать больше кальция , который необходим для построения и поддержания костей, особенно для развития эмбрионов . Производство витамина D зависит от воздействия солнечного света. Люди, живущие в широтах вдали от экватора, развили светлую кожу, чтобы помочь усваивать больше витамина D. Люди со светлой кожей ( тип II ) могут вырабатывать превитамин D3 в своей коже в 5–10 раз быстрее, чем темнокожие ( тип V ). люди. [33] [34] [35] [36] [37]
В 1998 году антрополог Нина Яблонски и ее муж Джордж Чаплин собрали данные спектрометра для измерения уровней УФ-излучения по всему миру и сравнили их с опубликованной информацией о цвете кожи коренного населения более чем 50 стран. Результаты показали очень высокую корреляцию между УФ-излучением и цветом кожи; чем слабее солнечный свет в географическом регионе, тем светлее была кожа коренного населения. Яблонски отмечает, что люди, живущие выше 50 градусов широты, имеют самый высокий риск развития дефицита витамина D. Она предполагает, что у людей, живущих далеко от экватора, развилась светлая кожа, позволяющая производить достаточное количество витамина D зимой при низком уровне ультрафиолетового излучения. Генетические исследования показывают, что светлокожие люди отбирались несколько раз. [38] [39] [40]
Полярные регионы Северного полушария большую часть года получают мало УФ-излучения и еще меньше УФВ-излучения, производящего витамин D. Эти регионы были необитаемы людьми примерно 12 000 лет назад. (По крайней мере, в северной Фенноскандии человеческое население прибыло вскоре после таяния ледников.) [41] В таких регионах, как Скандинавия и Сибирь , очень низкая концентрация ультрафиолетового излучения, а коренное население все светлокожее. [3] [34]
Однако диетические факторы могут обеспечивать достаточность витамина D даже у темнокожих людей. [42] [43] Многие коренные народы Северной Европы и Северной Азии выживают за счет потребления оленей , за которыми они следуют и пасут . Мясо, органы и жир северного оленя содержат большое количество витамина D, который олени получают, поедая значительное количество лишайника . [44] Некоторые народы полярных регионов , например, инуиты ( эскимосы ), сохранили свою темную кожу; они ели морепродукты , богатые витамином D , такие как рыба и жир морских млекопитающих . [45]
Более того, эти люди живут на Крайнем Севере менее 7000 лет. Поскольку в их популяциях-основателях отсутствовали аллели светлого цвета кожи, у них, возможно, не было достаточно времени для того, чтобы значительно более низкое производство меланина было выбрано природой после того, как они были введены случайными мутациями. [46] «Это был один из последних барьеров в истории человеческих поселений», - заявляет Яблонски. «Только после того, как люди научились ловить рыбу и, следовательно, получили доступ к пище, богатой витамином D, они смогли заселить регионы высоких широт ». Кроме того, весной инуиты получают высокий уровень ультрафиолетового излучения в результате отражения от снега, а их относительно темная кожа защищает их от солнечного света. [3] [12] [8]
Для объяснения развития светлой пигментации кожи были выдвинуты две другие основные гипотезы: устойчивость к холодовому повреждению и генетический дрейф; сейчас считается, что оба они не являются основным механизмом эволюции светлой кожи. [3]
Гипотеза устойчивости к холодовым травмам утверждала, что темная кожа предпочтительнее в холодном климате вдали от экватора и на больших высотах, поскольку темная кожа больше подвержена обморожению . [47] Было обнаружено, что реакция кожи на экстремально холодный климат на самом деле больше связана с другими аспектами, такими как распределение соединительной ткани и распределение жира, [48] [49] и с реакцией периферических капилляров. к перепадам температуры, а не к пигментации. [3]
Предположение о том, что темная кожа развилась в отсутствие селективного давления, было выдвинуто гипотезой вероятного эффекта мутации . [50] Основным фактором, инициирующим развитие светлой кожи, считалось следствие генетической мутации без эволюционного отбора . Считалось, что последующее распространение светлой кожи было вызвано ассортативным спариванием [49] , а половой отбор способствовал еще более светлой пигментации у самок. [51] [52] Эта гипотеза была подвергнута сомнению, поскольку можно было бы ожидать более случайных моделей окраски кожи в отличие от наблюдаемой структурной светлой пигментации кожи в областях с низким УФ-излучением. [40] Клинальное (постепенное) распределение пигментации кожи, наблюдаемое в восточном полушарии и, в меньшей степени, в западном полушарии, является одной из наиболее важных характеристик пигментации кожи человека . Популяции со все более светлой кожей распределяются по территориям со все более низким уровнем УФ-излучения. [53] [54]
Вариации гена KITL положительно связаны примерно с 20% различий в концентрации меланина между африканскими и неафриканскими популяциями. Один из аллелей гена встречается в 80% популяциях Евразии. [55] [56] Уровень изменчивости гена ASIP среди евразийских популяций составляет 75–80% по сравнению с 20–25% в африканских популяциях. [57] Вариации гена SLC24A5 составляют 20–25% различий между темнокожими и светлокожими популяциями Африки [58] и, по-видимому, возникли совсем недавно, в течение последних 10 000 лет. [59] Полиморфизм Ala111Thr или rs1426654 в кодирующей области гена SLC24A5 достигает фиксации в Европе , но обнаруживается по всему миру, особенно среди популяций Северной Африки , Африканского Рога , Западной Азии , Центральной Азии и Южной Азии . [60] [61] [62]
Меланин является производным аминокислоты тирозина . Эумеланин является доминирующей формой меланина, обнаруженной в коже человека . Эумеланин защищает ткани и ДНК от радиационного повреждения ультрафиолетом . Меланин производится в специализированных клетках, называемых меланоцитами , которые находятся на самом нижнем уровне эпидермиса . [63] Меланин вырабатывается внутри небольших мембраносвязанных пакетов, называемых меланосомами . Люди с естественной светлой кожей имеют различное количество более мелкого и редко распределенного эумеланина и его более светлого родственника феомеланина . [38] [64] Концентрация феомеланина сильно варьируется в пределах популяции от человека к человеку, но он чаще встречается среди слабопигментированных европейцев, жителей Восточной Азии и коренных американцев. [22] [65]
В одной и той же области тела люди, независимо от цвета кожи, имеют одинаковое количество меланоцитов (однако различия между разными частями тела значительны), но органеллы, содержащие пигменты, называемые меланосомами, у светлокожих людей меньше и менее многочисленны. [66]
У людей с очень светлой кожей кожа приобретает большую часть своего цвета за счет голубовато-белой соединительной ткани дермы и связанных с гемоглобином клеток крови , циркулирующих в капиллярах дермы. Цвет, связанный с циркулирующим гемоглобином, становится более очевидным, особенно на лице, когда артериолы расширяются и наполняются кровью в результате длительной физической нагрузки или стимуляции симпатической нервной системы (обычно смущение или гнев ). [67] До 50% UVA могут проникать глубоко в дерму у людей со светлой пигментацией кожи и небольшим количеством защитного пигмента меланина. [44]
Сочетание светлой кожи, рыжих волос и веснушек связано с высоким содержанием феомеланина и небольшим количеством эумеланина. Этот фенотип вызван мутацией потери функции в гене рецептора меланокортина 1 (MC1R). [68] [69] Однако вариации в последовательности гена MC1R оказывают значительное влияние на пигментацию только в популяциях, где преобладают рыжие волосы и чрезвычайно светлая кожа. [40] Основной эффект вариации гена заключается в стимулировании синтеза эумеланина за счет синтеза феомеланина, хотя это способствует очень небольшим различиям в отражательной способности кожи между разными этническими группами. [70] Меланоциты из клеток светлой кожи, совместно культивированные с кератиноцитами, приводят к характерному для светлой кожи характеру распределения. [71]
Веснушки обычно возникают только у людей с очень слабопигментированной кожей. Они варьируются от очень темного до коричневого цвета и образуют случайный рисунок на коже человека. [72] Солнечные лентиго , другие виды веснушек, встречаются у пожилых людей независимо от цвета кожи. [3] Люди с очень светлой кожей ( типы I и II ) вырабатывают очень мало меланина в своих меланоцитах и имеют очень малую способность или вообще не производят меланин под воздействием УФ-излучения. [73] Это может привести к частым солнечным ожогам и более опасным, но невидимым повреждениям соединительной ткани и ДНК, лежащей под кожей. Это может способствовать преждевременному старению и раку кожи . [74] [75] Сильно красный цвет слегка пигментированной кожи в ответ на высокие уровни УФ-излучения вызван увеличением диаметра, количества и кровотока капилляров. [22]
Люди с умеренно пигментированной кожей ( типы III-IV ) способны вырабатывать меланин в коже в ответ на УФ-излучение. Нормальный загар обычно задерживается, поскольку меланину требуется время, чтобы подняться в эпидермис . Сильный загар не достигает фотозащитного эффекта от повреждения ДНК, вызванного УФ-излучением , по сравнению с естественной темной кожей , [76] [77], однако он обеспечивает отличную защиту от сезонных колебаний УФ-излучения. Постепенно развивающийся загар весной предотвращает солнечные ожоги летом. Этот механизм почти наверняка является эволюционной причиной развития загара. [3]
Пигментация кожи — это эволюционная адаптация к различным уровням УФ-излучения по всему миру. Светлокожие люди, живущие в условиях высокого УФ-излучения, имеют последствия для здоровья. Различные культурные традиции усугубляют проблемы, связанные со здоровьем светлокожих, например, загорание среди светлокожих. [3]
У людей со светлой пигментацией кожи, живущих в условиях слабого солнечного света, синтез витамина D увеличивается по сравнению с людьми с темной пигментацией кожи из-за способности поглощать больше солнечного света. Почти каждая часть человеческого тела, включая скелет, иммунную систему и мозг, нуждается в витамине D. Производство витамина D в коже начинается, когда УФ-излучение проникает в кожу и взаимодействует с холестериноподобной молекулой, образуя превитамин D3. Эта реакция происходит только в присутствии УФР средней длины, УФВ. Большинство лучей UVB и UVC разрушаются или отражаются озоном, кислородом и пылью в атмосфере. UVB достигает поверхности Земли в наибольшем количестве, когда его путь прямой и проходит через небольшой слой атмосферы.
Чем дальше место находится от экватора, тем меньше ультрафиолетового излучения поступает, и снижается потенциал выработки витамина D. Некоторые регионы, расположенные далеко от экватора, вообще не получают UVB-излучения в период с осени по весну. [44] Дефицит витамина D не убивает своих жертв быстро и, как правило, не убивает вообще. Скорее, он ослабляет иммунную систему, кости и ставит под угрозу способность организма бороться с неконтролируемым делением клеток, что приводит к раку. Форма витамина D является мощным ингибитором роста клеток; таким образом, хронический дефицит витамина D, по-видимому, связан с более высоким риском развития некоторых видов рака. Это активная тема исследований рака, и она до сих пор обсуждается. [44] Дефицит витамина D, связанный с темной кожей, приводит к более высокому уровню шизофрении в таких группах населения, проживающих в северных широтах. [78]
С увеличением синтеза витамина D снижается частота заболеваний, которые связаны с распространенными состояниями дефицита витамина D у людей с темной пигментацией кожи, живущими в условиях низкого УФ-излучения: рахит , остеопороз , многочисленные виды рака (включая рак толстой кишки и молочной железы ). рак ) и сбои в работе иммунной системы. Витамин D способствует выработке кателицидина , который помогает защитить организм человека от грибковых, бактериальных и вирусных инфекций , включая грипп . [3] [15] При воздействии ультрафиолета B вся открытая область кожи тела человека с относительно светлой кожей способна вырабатывать от 10 до 20 000 МЕ витамина D. [44]
Светлокожие люди, живущие в условиях яркого солнечного света, более восприимчивы к вредным ультрафиолетовым лучам солнечного света из-за недостатка меланина, вырабатываемого кожей. Наиболее распространенным риском, связанным с чрезмерным воздействием солнечного света, является повышенный риск солнечных ожогов . Этот повышенный риск связан с культурной практикой принятия солнечных ванн, которая популярна среди светлокожего населения. Эта культурная практика получения загорелой кожи, если ее не регулировать должным образом, может привести к солнечным ожогам, особенно среди людей с очень светлой кожей. Чрезмерное воздействие солнечного света также может привести к базальноклеточной карциноме , которая является распространенной формой рака кожи .
Еще одним последствием для здоровья является истощение запасов фолиевой кислоты в организме, при этом чрезмерное воздействие ультрафиолета может привести к мегалобластной анемии . Дефицит фолиевой кислоты у беременных женщин может нанести вред здоровью их новорожденных детей в виде дефектов нервной трубки , выкидышей и расщелины позвоночника — врожденного дефекта, при котором позвоночник и позвоночный канал не закрываются до рождения. [79] Пик возникновения дефектов нервной трубки является самым высоким в период с мая по июнь в Северном полушарии . [3] Фолат необходим для репликации ДНК в делящихся клетках, и его дефицит может привести к нарушениям нормального эмбриогенеза и сперматогенеза . [3] [15] [34]
У людей со слабопигментированной кожей, неоднократно подвергающихся сильному УФ-излучению, кожа стареет быстрее, что проявляется в увеличении морщин и аномалиях пигментации. Окислительное повреждение вызывает деградацию защитной ткани дермы , которая придает коже прочность. [22] Было высказано предположение, что после менопаузы у белых женщин морщины могут появиться быстрее, чем у чернокожих, потому что белые женщины более восприимчивы к повреждению солнцем на протяжении всей жизни. Доктор Хью С. Тейлор из Йельской школы медицины пришел к выводу, что исследование не может доказать полученные результаты, но они подозревают основную причину. Предполагается, что светлая кожа является одним из факторов, способствующих образованию морщин. [80] [81]
Относительно темная пигментация кожи в Европе раннего верхнего палеолита могла бы соответствовать тому, что эти популяции были относительно плохо адаптированы к условиям высоких широт в результате недавней миграции из более низких широт. С другой стороны, хотя мы показали, что эти популяции несли несколько аллелей светлой пигментации, которые выделяются в современной Европе, они могли нести и другие аллели, которые мы сейчас не можем обнаружить.
{{citation}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Отдельное наблюдение о том, что потомки мигрантов с темной кожей, которые мигрируют в холодный климат, имеют повышенный риск развития шизофрении, также может быть связано с низким уровнем витамина D во время беременности и в раннем возрасте, поскольку темная кожа требует большего воздействия солнечного света для поддержания адекватного уровня витамина D. прегормон витамина D.