Математики рассчитали последствия кесарева сечения для эволюции человека

Международная команда ученых представила математическую модель, которая описывает возникновение одной из основных проблем прямохождения – тяжелых родов, которые обусловлены несоответствием размера новорожденного и ширины таза роженицы. Модель предсказывает увеличение головы и уменьшение таза с частым применением кесарева сечения. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Несмотря на то, что предки человека стали прямоходящими около пяти миллионов лет назад, задолго до того, как начал увеличиваться объем мозга (это произошло около двух миллионов лет назад), частота связанных с тазоголовной диспропорцией осложнений при родах до сих пор очень велика. Суть проблемы диспропорции, — так называемой акушерской дилеммы — в том, что для рождения ребенка с развитым мозгом и, соответственно, большой головой, необходим широкий таз. В то время как для прямохождения и предотвращения преждевременных родов таз должен быть наоборот, узким. Получается, что давление отбора действует на популяцию в двух противоположных направлениях, сохраняя широкую вариативность размера головы новорожденных и таза рожениц.

На индивидуальном уровне эта вариативность определяется прежде всего генами матери и младенца, которые как правило коррелируют в части соответствия размера головы ширине таза (у крупных женщин рождаются крупные младенцы и наоборот). Однако отцовские гены тоже влияют на размер головы младенца, но при этом не подвергаются акушерскому отбору и поэтому способствуют сохранению разнообразия фенотипов. Кроме того, сильное влияние на соответствие размеров оказывают факторы среды – например у женщин, перешедших на белковую диету во взрослом возрасте, с большей вероятностью рождаются более крупные дети.

В своей совместной работе австрийские и американские ученые связали эти факторы индивидуальной приспособленности и вариативность популяции, чтобы объяснить необычно высокий процент родов, осложненных тазоголовной диспропорцией. Они предложили простую и изящную математическую модель, которая объясняет необычный сценарий эволюционного отбора, который привел к несоответствию новорожденного и ширины родовых путей.

Исследователи построили ассиметричную функцию распределения индивидуальной приспособленности к родам на основе идеализированной переменной D, которая представляет собой разность между размерами головы новорожденного и шириной материнского тазового канала. Отрицательные значения D – это роды без осложнений, когда голова младенца меньше ширины канала. Функция приспособленности достигает максимума при D равной нулю, когда ширина родовых путей равна размеру новорожденного и размер его мозга достаточен для рождения. Затем приспособленность резко обрывается при положительных значениях D, означающих тяжелые роды.

Результаты моделирования показывают, что большое число осложнений при родах у человека  практически неизбежно. Во-первых, оно связано с тем, что оба признака — ширина тазового канала и размер новорожденного – не фиксированы, а имеют нормальное распределение, а значит крайние значения D всегда будут заходить за «край обрыва», в зону тяжелых родов. Во-вторых, вариативность переменной D также не может быть уменьшена стабилизирующим отбором – она зависит от слишком большого числа генетических переменных. При такой селекции уровень осложненных родов всегда будет велик.

В-третьих, ученые также предсказывают повышение уровня родовых осложнений при слабом направленном отборе. Например, кесарево сечение, которое радикально снизило материнскую смертность при осложнениях, согласно новой модели изменяет градиент отбора за счет увеличения числа новорожденных с большой головой. По словам ученых, расчеты показывают, что это искусственное изменение всего за два поколения должно увеличить диспропорцию размера ребенка и ширины таза на 10-20 процентов. Впрочем, это предсказание пока не подтверждено эмпирическими данными.

Человек еще не полностью находится во власти искусственного отбора, эволюция тоже работает, как показало недавнее масштабное изучение геномов в Великобритании.

Анна Маньшина