География некоторых физиологических и биохимических признаков

1. Основной обмен и терморегуляция. Уровень основного обмена (средняя дневная теплопродукция) - показатель, рассчитываемый с учетом длины и веса тела, а также температуры воздуха.

• Установлены две тенденции изменчивости этого показателя:
• уровень основного обмена понижается по направлению от северных районов к экваториальным. Коэффициент корреляции средней дневной теплопродукции и средней годовой температуры равен -0,77;
• показатель закономерно связан с характеристикой высоты над уровнем моря (вертикальная зональность). Коэффициент корреляции основного обмена с высотой над уровнем моря равен +0,51.

Итак, в условиях высокогорья, как и в холодных районах планеты, понижение температуры среды приводит к усилению теплопродукции. Исключения из этого правила есть и связаны с геохимической обстановкой конкретных регионов (например, эта закономерность нарушена для популяций, испытывающих недостаток йода в среде и в рационе питания).
Обширные обследования в экспедиционных условиях позволили установить дифференциацию населения внетропических широт и тропических широт по уровню газообмена (поглощения кислорода организмом) - газообмен понижен у жителей тропиков.
Опыты с переохлаждением показывают, что у коренных народов Севера (эскимосов, американских индейцев и саамов) температура пальцев во время охлаждения остается более высокой в сравнении с контрольными группами, представленными населением умеренного пояса.
2. Липиды сыворотки крови. Одним из наиболее изученных физиологических признаков является холестерин сыворотки крови. В географической изменчивости уровня холестерина однозначной картины не наблюдается - прослеживается лишь незначительная тенденция его понижения в направлении север-юг. Дело в том, что этот показатель в первую очередь определяется характером питания населения, а здесь многое определяют конкретные ландшафтные особенности среды и традиции, присущие данному населению.
3. Белки сыворотки крови. В географической изменчивости сывороточных протеинов обращает на себя внимание повышение уровня гамма-глобулинов у коренных жителей тропических широт. Ряд исследователей полагают, что высокие значения гамма-глобулинов ассоциируются с регионами, зараженными некоторыми патогенными организмами (того же малярийного плазмодия). Однако изменчивость гамма-глобулинов связывается также с дефицитом белка в пище и т.п. Любопытно, что высокий уровень гамма-глобулинов характерен не только для населения тропической Африки, но и для индейцев, папуасов, австралийцев и некоторых индийских популяций, обитающих в близких климатогеографических зонах.
В противоположность гамма-глобулинам уровень альбуминов по направлению к тропической зоне снижается (соответственно убывает и величина другого косвенного признака - альбумино-глобулинового коэффициента). Пониженное содержание альбуминов в крови тропических жителей связано с белковой недостаточностью в питании, но и по отношению к ним существуют доказательства генетической природы показателя содержания альбуминов (генотипическая адаптация).

• Итак, мы приходим к заключению о существовании закономерных территориальных вариаций в типе обмена веществ:
• понижение основного обмена и, следовательно, теплопродукции отмечается по направлению с севера к экватору;
• в этом же направлении понижается уровень показателей липидного обмена (холестерина) и структурных белков (альбуминов), а содержание иммунных белков (гамма-глобулинов), напротив, повышается.

4. Полиморфные биохимические системы. Один такой пример мы с Вами рассмотрели очень подробно - это сбалансированный полиморфизм гемоглобина HbS, определяющий, с одной стороны, серповидно-клеточную анемию, с другой - резистентность к возбудителю малярии. Но устойчивая зависимость, связывающая распределение фенотипических и генных частот с комплексом различных экологических факторов, получена для очень многих полиморфных биохимических систем (Харрисон Дж. и др., 1979; Спицын В.А., 1985; Генофонд и геногеография…, 2000; см. также: http://pc601s.vigg.ru/Atlas/).
В частности, похожие на Hb^S закономерности обнаружены в отношении т.н. недостаточности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФД) и талассемии. В обоих случаях открыт сбалансированный полиморфизм - одна из форм аллели в обычных условиях снижает приспособленность организма, но в отношении некоторых ведущих факторов среды оказывается адаптивным признаком.
Изменение частоты формы Tf^D1 системы трансферрина связывается с динамикой солнечной радиации и годовой суммой атмосферных осадков (высокая частота т.н. медленных форм трансферрина характерна для популяций, обитающих в тропических широтах).
Установлена отчетливая зависимость частот аллелей системы эритроцитарной кислой фосфатазы (AcP) от амплитуды колебаний температуры среды и суммарной солнечной радиации (например, частота гетерозигот АсР^aАсР^b закономерно возрастает со снижением суммарной солнечной радиации).
В работах В.А. Спицына установлен характер географической изменчивости частоты аллеля Gc² т.н. сывороточного группоспецифического компонента. Основная функциональная роль этого белка заключается в связывании и переносе витамина D3 в организме, и участие в образовании меланина (см. тему 2). Выяснено, что географическая изменчивость этого белка определяется действием среднегодовой температуры, амплитуды колебаний и интенсивностью солнечной радиации (см.: Спицын, 1985).
Группоспецифический компонент связан с географической вариацией признаков пигментации. Меланин защищает организм от ультрафиолетового излучения. Однако известно, что темные цвета сильнее нагреваются инфракрасной частью спектра (в частности, поэтому летом мы носим светлую, а не темную одежду). В высоких широтах при слабой инсоляции светлая кожа оказывается непосредственным адаптивным признаком, так как, помимо прочего, определенное количество ультрафиолета необходимо нашему организму для синтеза витамина D₂. В данном случае один и тот же признак в разных условиях оказывается "выгодным" в отношении разных экологических факторов. Это становится вполне понятным, если учесть, что данный признак - составной (подробнее, см.: Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В., 1999).