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[47], 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{5}. 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 %{6}.
Полученные результаты хорошо согласовывались с клиническими данными, согласно которым 3040 % 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{7}.
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[48] популяций из литературы (корреляция высокая, r = 0,827). И вывели формулу линейной зависимости отражательной способности кожи от уровня ультрафиолета{8}.
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{9}.
Карта распределения цветов кожи Ренатто Биасутти.
Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Unlabeled_Renatto_Luschan_Skin_color_map.png
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{10}.
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{11}. Положительный результат дало лишь исследование на группе пациентов с витилиго{12}, 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, 315400 нм). Распад другой, самой биологически активной формы фолатов 5-метилтетрагидрофолата (5-МТГФ), вызывали лишь более короткие волны (УФB, 280315 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{13}. 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.