Кредит: Шаттерсток
На протяжении тысячелетий картофель служил главным источником пищи для обитателей Андского региона. Именно коренные жители этих гор первыми окультурили клубненосное растение, богатое крахмалом, задолго до того, как оно покорило остальной мир. Однако, как выясняется, эта многовековая диетическая привязанность могла оставить след не только в культуре, но и в самой наследственной информации человека.
Современные коренные перуанцы, как показали недавние генетические исследования, обладают большим числом копий гена, отвечающего за расщепление крахмала, чем любая другая известная популяция в мире. Работа, объединившая усилия ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Буффало, указывает на то, что естественный отбор начал благоволить жителям Анд с повышенным содержанием гена слюнной амилазы — AMY1 — примерно в тот период, когда картофель стал неотъемлемой частью их меню, то есть около 6 000–10 000 лет назад.
Результаты этого масштабного исследования были опубликованы на страницах авторитетного журнала Nature Communications.
Генетический механизм адаптации к крахмальной пище
Суть феномена заключается в следующем: чем большим количеством копий AMY1 располагает организм, тем интенсивнее вырабатывается фермент амилаза, а следовательно, и эффективнее усваиваются сложные углеводы. По словам Эбигейл Бигэм, доцента антропологии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и исследователя популяций перуанских Анд и непальских Гималаев, именно эта особенность давала предкам преимущество.
В ходе работы команда эволюционных антропологов под руководством Бигэм собрала образцы ДНК у перуанских носителей языка кечуа — прямых потомков андских цивилизаций. Собранный генетический материал затем сопоставили с обширными геномными базами данных, содержащими тысячи образцов от представителей различных современных человеческих популяций.
«Высокогорные Анды давно привлекают внимание как уникальная природная лаборатория для изучения эволюции человека — например, адаптации к гипоксии, при которой ткани испытывают недостаток кислорода», — отмечает Бигэм, чья предыдущая работа, выполненная совместно с соавтором Келси Йоргенсен, занимавшей тогда должность постдокторанта, уже выявила следы отбора в путях переваривания крахмала у андских популяций. «Результаты нового исследования подтверждают, что этот регион плодотворен и для понимания того, как люди приспосабливались к иным факторам среды, включая рацион».
Соавтор проекта Омер Гоккумен, профессор биологических наук из Университета Буффало, ранее установил, что первичное дублирование AMY1 произошло у предков человека по меньшей мере 800 000 лет назад. Теперь же, по его словам, получены необычайно веские свидетельства того, что отбор действовал на этот ген в Андах уже после того, как началось возделывание картофеля.
«Биологи давно предполагали, что разные группы людей обрели генетические преимущества сообразно своему типу питания. Но лишь в редких случаях доказательства оказываются столь убедительными», — подчеркивает Гоккумен.
Как одомашнивание картофеля изменило частоту генов
До того как предки современных андцев осели в высокогорьях и начали культивировать картофель, в их популяции уже имелась значительная вариативность по числу копий AMY1: у одних людей таких копий было немного, у других — значительно больше. Переход к систематическому употреблению картофеля в пищу стал поворотным моментом: те индивиды, которые несли повышенное число копий, получили явное эволюционное преимущество.
Согласно оценкам, примерно 10 000 лет назад люди с числом копий около 10 и более имели 1,24% преимущества в выживаемости или репродуктивном успехе на одно поколение по сравнению с теми, у кого копий было меньше.
Гоккумен образно объясняет этот процесс: «Эволюция — это высекание скульптур, а не строительство зданий. Коренные жители Анд не получили дополнительную копию AMY1 после того, как начали есть картофель. Напротив, носители меньшего числа копий со временем вымывались из популяции — возможно, из-за меньшего числа потомков, — а носители большего числа копий оставались».
Благодаря этому многовековому процессу современные коренные жители Перу несут в среднем 10 копий AMY1 — это на 2–4 копии больше, чем у представителей любой из 83 популяций, рассмотренных в исследовании.
Сопоставление с родственными популяциями
Авторы также провели сравнение перуанцев с майя — коренным населением Мексики, которое связано с андскими народами общим эволюционным происхождением, однако не имеет традиций выращивания картофеля.
ания народов.
В среднем коренные перуанцы связаны с собой 10 копий AMY1 по сравнению с шестью у майя.
Это предоставление поддержки идеи о том, что выращивание ресурсов играет решающую роль, но исследователи человеческих катастроф по-прежнему являются одним из важнейших событий в истории американцев.
После контактов с европейцами в 15-м веке масштабы коренного населения резко сократились из-за болезней, голода, революции, революции и быстрого сокращения генетического разнообразия.
Таким образом, исследователям предстояло определить, может ли это серьезное узкое место в преобразовании меньшего числа людей, несуществующих меньшее количество копий AMY1 , проявляться естественного отбора, даже если причина не была поставлена.
Разделение этих возможностей было одной из основных задач исследования.
использовали современные технологии сверхдлинного секвенирования и недавно доступные наборы сравнительных данных, обнаружила, что высокие числа копий AMY1 уже стали распространены более ДНК в Андах за несколько тысяч лет до европейцев.
В настоящее время делается вывод о том, что отборочный отбор, связанный с питанием, а также не более поздний коллапс населения, был ответственным за наблюдение за сегодняшней генетической структурой.
Что древний картофель рассказывает об адаптации человека
Бигэм сказал, что полученные результаты могут стимулировать более широкие исследования человеческих популяций, живущих на больших высотах, где люди сталкиваются с проблемами, выходящими за рамки низкого уровня кислорода. Повседневная жизнь также может включать ограниченные пищевые ресурсы, а также воздействие низких температур и ультрафиолетовых лучей.
Исследование также поднимает гораздо более широкий вопрос о том, как люди могут продолжать адаптироваться к современному питанию. Сегодня для многих людей продукты питания и кухня во всем мире стали более доступными, чем когда-либо, однако генетическая адаптация остается частью истории человечества.
"Существуют такие идеи, как палеодиета, которая адаптирована к среде палеолита и утверждает, что мы не можем есть продукты, полученные после одомашнивания" сказала она. «Но я думаю, что исследование показывает, что человеческое человечество отреагировало и эволюционировало на изменение условий питания в течение последних 10 000 лет. Наши метаболические пути — не просто продукт палеолитического прошлого».
Среди других участников исследования были исследователи из Университета Канзаса, Университета штата Пенсильвания, Университета Пенсильвания, Университета Пуэрто-Рико в Кайе, Сиракузского университета, Университета Каэтано Эредиа в Перу и Университета Билкент в Турции.
Работа поддерживалась Национальным стандартным фондом, Национальными институтами здравоохранения и Фондом Лики.