Почему европейцы стали толерантными к лактозе? | Наука

Всего 5000 лет назад, несмотря на то, что оно было частью их рациона, практически ни один взрослый человек не мог правильно переваривать молоко. Но в мгновение ока эволюции северные европейцы начали наследовать генетическую мутацию, которая позволила им сделать это. Эта черта стала общепринятой всего за несколько тысяч лет, и сегодня она встречается у до 95 процентов населения. Собрав воедино фрагменты неолитической керамики и древние геномы человека, ученые, возможно, решили загадку того, как в Европе развивалась толерантность к лактозе.

В исследование опубликовано сегодня в Природа, исследователи сравнили археологические данные о 9000-летнем использовании молока в Европе с генетикой и обнаружили необычно быструю эволюцию толерантности к лактозе среди европейцев спустя много времени после того, как они впервые начали употреблять этот напиток. Авторы предполагают, что генетические изменения были вызваны чем-то более экстремальным, чем регулярное потребление молока. Исключительные стрессовые факторы, такие как голод и патогены, могут усугубить обычно мягкое желудочно-кишечное воздействие молока на людей с непереносимостью лактозы, вызывая смертельные приступы диареи и обезвоживания, делая способность переваривать молоко особенно ценной.

«Это переписывает учебники о том, почему пить молоко было преимуществом», — говорит ведущий автор Ричард Эвершед, директор исследования. Центр исследований биогеохимии в Бристольском университете. «Для того, чтобы так быстро развить генетическую мутацию, что-то должно убить людей, которые ее не несут».

Широкомасштабное исследование, проведенное Эвершедом и его коллегами из Бристольского университета и Университетского колледжа Лондона, включало вклад экспертов из 20 других стран.

Почти все дети в мире рождаются со способностью переваривать лактозу, ведь она содержится в грудном молоке. Но около двух третей взрослых больше не могут переваривать натуральный молочный сахар, потому что производство фермента, переваривающего молоко, называемого лактазой, прекращается после того, как они закончили отлучение от груди. Вот почему у большинства взрослого населения мира лактазная непостоянность, иначе известная как непереносимость лактозы.

Другая треть взрослого населения мира развила толерантность к лактозе, что означает, что они продолжают вырабатывать лактазу, и это особенно верно для таких групп, как выходцы из Северной Европы.

Шеван Уилкин, биологический антрополог из Института истории человечества им. Макса Планка, говорит, что примерно пять лет назад история переносимости лактозы казалась простой. Как только группы людей начали пасти животных и пить их молоко, польза молока для здоровья благоприятствовала тем, кто мог его переваривать, в то время как проблемы с пищеварением мешали успеху нетерпимых, поэтому генетическая мутация, которая помогла людям переваривать молоко, в конечном итоге распространилась среди этих популяций.

«Затем мы заметили некоторые сумасшедшие тенденции, — говорит Уилкин, не участвовавший в исследовании. «Если вы посмотрите на древние геномы, ни у кого не было толерантности к лактозе до недавнего времени, в течение последних нескольких тысяч лет». Чтобы генетическая черта так быстро распространилась, должна быть очень важная причина, по которой люди, у которых она есть, выживают и размножаются, а другие умирают.

«Мы также поняли, что огромные популяции по всей степи, люди в современном Казахстане, России, Монголии, люди, которые пьют тонны молока, вообще не являются стойкими к лактазе». Если простая польза от употребления большого количества молока вызывала и распространяла мутацию стойкости лактазы, то степняки, несомненно, должны были развить эту черту так же, как и европейцы.

Более того, исследования ДНК древнего человека показали, что генетическая мутация, позволившая сохранить европейскую лактазу, не выглядит чем-то, что давало незначительное преимущество в питании. В европейских геномах это единственный признак, наиболее благоприятный для положительного естественного отбора за последние 10 000 лет.

Авторы использовали несколько различных направлений исследования, чтобы углубиться в мрачное прошлое европейского молока.

Ричард Эвершед и его коллеги составили карту использования грудного молока за последние 9000 лет, создав огромную базу данных из 6899 остатков животного жира, извлеченных из 13 181 фрагмента глиняной посуды из 554 археологических раскопок по всей Европе. За последние три десятилетия ученые, во главе с такими экспертами, как Эвершед, разработали методы анализа древней глиняной посуды и выявления свидетельств того, что она содержала.

По счастливой случайности или науке, молочный жир впитывается в древнюю глиняную посуду и сохраняется на замечательном уровне. Изучение состава изотопов углерода двух основных жирных кислот, которые существуют и сохраняются в расщепленных животных жирах в горшках, показывает, что молоко оставляет характерный след, потому что оно производится иначе, чем жир туши жвачных животных.

Эвершед нашел множество свидетельств того, что люди широко пили молоко по всей Европе примерно 9000 лет назад.

Соавтор Марк Томас, генетик-эволюционист из Университетского колледжа Лондона, запустил свой собственный картографический проект, на этот раз наметив, где и когда появился генетический вариант, который обеспечил устойчивость лактазы у европейцев. Проанализировав последовательности ДНК более чем 1700 доисторических людей, он обнаружил, что его первое появление произошло около 5000 лет назад или примерно через 4000 лет после того, как началось регулярное употребление молока. С тех пор мутация стала обычным явлением, но ее позднее появление означает, что люди пили молоко тысячи лет, прежде чем смогли его переварить.

Томас и его коллеги сравнили наборы данных Эвершеда об историческом употреблении молока в Европе с генетическими данными о росте толерантности к лактозе. Они не обнаружили связи между изменениями в употреблении молока с течением времени и повышением способности людей переносить лактозу.

Это озадачивает, потому что у людей, которые не переваривают лактозу, компонент сладкого молока может вызвать проблемы с кишечником, начиная от метеоризма и заканчивая диареей. По этой причине люди с непереносимостью лактозы не пьют много молока — по крайней мере, так многие ошибочно предполагали.

Фактически, работа соавтора Джорджа Дэйви Смита показывает, что они действительно пьют молоко, согласно его исследованию данных Британского биобанка, включающего более 500 000 живых особей. Его анализ не обнаружил практически никакой разницы между потреблением молока стойкими и непостоянными взрослыми. Он также обнаружил, что большинство тех, кто не постоянно пьет молоко, не сообщали о долгосрочных последствиях для здоровья, о том, что могло бы сократить их продолжительность жизни или снизить их способность к размножению. «Так как же люди могли быть молочными фермерами, если у них была непостоянная лактаза?» — спрашивает Эвершед. «Потому что они могут с удовольствием потреблять молоко и получать от него пользу для здоровья».

Открытие Джорджа Дэйви Смита поставило перед исследователями еще один вопрос; если люди с непереносимостью лактозы могут пить молоко без каких-либо серьезных побочных эффектов, что привело к резкому генетическому сдвигу, который заставил так много европейцев быстро развить толерантность к лактозе?

Какой-то фактор или факторы, должно быть, ускорили эволюцию толерантности к лактозе, вероятно, сделав ее критически важной и даже вопросом жизни и смерти.

«Именно тогда мы начали придумывать сценарии, в которых это могло бы иметь место», — объясняет Эвершед.

Марк Томас предполагает, что голод мог сыграть важную роль. Как правило, большинство нетерпимых взрослых не чувствуют себя слишком плохо после употребления молока, отмечает он. «У вас метеоризм, диарея, это нехорошо, это может быть неприятно и стыдно, но никто никогда не умирал от непереносимости лактозы».

«Но если у вас понос, когда вы сильно недоедаете, у вас серьезные проблемы», — продолжает он. «Это основная причина смерти в мире даже сегодня». Если такие продукты, как зерно, закончатся во время голода, непостоянные люди могут прибегнуть к потреблению гораздо большего количества молочных продуктов именно тогда, когда они не должны этого делать, что может иметь самые пагубные последствия для их здоровья.

У Дэйви Смита, директора отдела интегративной эпидемиологии MRC в Бристольском университете, другая идея с похожей концепцией; он предполагает, что патогены сыграли важную роль. Хотя его работа показывает, что питье молока сегодня не вредит здоровью нетолерантных взрослых, оно потенциально представляет серьезную проблему для тех, кто страдает кишечными расстройствами, обезвоживанием и другими заболеваниями. Во времена, когда люди жили близко друг к другу, среди домашних животных и не имели надлежащей гигиены, болезни, вероятно, получили широкое распространение и могли серьезно ослабить многих людей, для которых диарея и обезвоживание, вызванные лактозой, оказались фатальными. С другой стороны, у тех, кто мог пить и переваривать молоко, был ресурс, который помогал им выжить.

Команда проверила эти идеи, используя модели, которые предполагали, что вариант гена, отвечающий за устойчивость к лактазе, действительно увеличивался в популяциях, когда они подвергались воздействию голода или патогенов.

Стрессовые факторы окружающей среды, которые стимулировали толерантность к лактозе, могли работать в тандеме, и они могли быть очень разными в каждый из пяти периодов ее развития в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке.

«В Европе речь может идти о поселениях и голоде, тогда как, например, в Африке речь может идти в гораздо большей степени о засухе и повышенном уровне заболеваемости», — говорит Томас.

Методы группы также могут быть использованы для выяснения того, что произошло там, где люди так и не развили способность переваривать молоко, хотя здравый смысл предполагает, что они могли бы это сделать.

«Поскольку через [Eurasian] степняки, не стойкие к лактазе, выпивают тонны молока», — говорит Шеван Уилкин. «Что происходило там, где это не развивалось, когда оно развивалось в Европе?»

Уилкин добавляет, что ученые выдвигали различные идеи, объясняющие загадки переваривания молока, в том числе то, как толерантность к лактозе развилась так поздно и так быстро, и почему такие потребители молока, как степняки, остаются непереносимыми. Теперь, по ее словам, существует структура, которая может дополнительно исследовать эти вопросы.

«Это такое впечатляющее предприятие. И благодаря этому они придумали несколько идей, которые имеют большой смысл».

Рекомендуемые видео