Текст книги "Близкие контакты далеких предков. Как эволюционировал наш вид"

Взрослым потребителям молока всего 10 000 лет

Популяции, где многие взрослые могут пить молоко, имеют общую черту – давнюю историю производства молочных продуктов и разведения скота. Как известно, молоко и молочные продукты составляют основу рациона скотоводов. Исследователи давно полагали, что способность взрослых усваивать молоко должна коррелировать с животноводством и молочным скотоводством.

«Конечно, и повзрослев, будешь пить молоко, если ты выходец из популяции, где пьют много молока!» – скажете вы. Но такой вывод остается лишь догадкой, хотя и очень убедительной, пока он не сформулирован в виде гипотезы, которую можно проверить на фактических данных. После открытия мутации гена LCT, кодирующего лактазу, эту гипотетическую корреляцию наконец удалось протестировать. Как и ожидалось, мутация LCT ведет к постоянной выработке лактазы, что позволяет совершеннолетним людям с этой мутацией пить молоко. И высокой частотой сохранения выработки лактазы отличаются популяции, имеющие долгую историю производства молочных продуктов и разведения скота.

Казалось бы, тайне конец, но не расстраивайтесь, все не так просто! Это прекрасный пример удивительных поворотов, которые могут происходить в антропологических исследованиях. Оказывается, способность к выработке лактазы не была результатом одиночной точечной мутации генов. Например, лактазная мутация последовательности ДНК у шведов отличается от мутации суданцев. Это значит, что причина, по которой в этих двух популяциях высока доля взрослых, способных пить молоко, не миграция. Шведы не переселялись в Африку, а суданцы – в Европу, распространяя свою специфическую мутацию. Естественный отбор в каждой из этих популяций вызвал разные мутации гена лактазы, но и та и другая привела к сохранению выработки лактазы у взрослых. Удивительное совпадение!

Неясно, что произошло раньше, мутация или освоение молочного производства в этих популяциях. Если верна гипотеза, что потребление большого количества молока привело к повышению частоты лактазных мутаций, то молочное производство должно было появиться раньше мутаций. Генетики и антропологи совместно протестировали эту идею, чтобы узнать, когда мутации должны были произойти. В Европе молочное хозяйство зародилось после эпохи неолита, начавшейся 9000 лет назад. Если европейцы периода неолита уже имели эту мутацию, именно ее носители должны были начать молочное производство. В противном случае, если люди периода неолита не имели мутации, можно заключить, что отбор под давлением производства молока спровоцировал увеличение частоты генетической мутации.

В 2007 г. исследователям из Университета Гутенберга в Германии и Университетского колледжа Лондона в Великобритании удалось получить древнюю ДНК из неолитического скелета времен, предшествующих зарождению молочного хозяйства. Древнюю ДНК чрезвычайно трудно выделить из ископаемых останков из-за фрагментации и загрязнения образца, однако недавние достижения генетики позволили работать даже с очень старыми ископаемыми находками. Анализ древней ДНК из неолитического скелета показал отсутствие мутации, позволяющей усваивать лактозу. Следовательно, наши лактазные мутации стали учащаться только в последние 10 000 лет – после появления молочного животноводства.

Почему потребителей молока стало больше?

Фактические данные поддерживают гипотезу о том, что лактазная мутация появилась в ответ на развитие производства молока и скотоводства. Эта мутация, существующая на протяжении лишь последних 10 000 лет, совсем недавнее явление с точки зрения эволюционной истории человека, однако в некоторых популяциях ее частота уже достигает 90 %. Почему недавно возникшее давление отбора в сторону потребления молока оказалось настолько сильным? Стремительное распространение мутации означает, что люди, имевшие ее, оставляли значительно больше потомства. Иными словами, неспособные пить молоко или умирали более молодыми, или не были настолько репродуктивно успешными, как потребители молока.

Что в молоке настолько ценно, чтобы стать вопросом жизни и смерти? На этот счет существует несколько гипотез. Первая состоит в том, что молоко способствует увеличению роста, а это дает существенное преимущество. Действительно, жители Северной Европы считаются одними из самых высоких людей в мире и пьют много молока. Неясно только, действительно ли они высокие из-за потребления молока. Ни одно исследование не объясняет однозначно, какие компоненты молока повышают рост и вес человека и в результате какого химического процесса. Более того, непонятно, как высокий рост мог стать морфологическим признаком, обеспечивающим преимущество при отборе.

Другая гипотеза утверждает, что молоко обеспечивает нас ценным кальцием и белком. Однако кальций и белок можно получить из сыра или йогурта, которые усваиваются лучше молока, поскольку лактоза преобразуется в процессе ферментации. Зачем человеческой популяции потребовалось ждать генетической мутации, если культура предлагала ей более простую и не требующую долгой подготовки возможность приспособления? Многие культуры Ближнего Востока имеют молочное производство, но доля взрослых, которые его усваивают, там ниже, чем в Северной Европе. Возможно, меньшая распространенность ферментов, способствующих перевариванию молока, в популяциях Ближнего Востока объясняется потреблением молока в более усвояемой форме, например в форме сыра или йогурта.

Наконец, молоко является источником витамина D, важного для усвоения кальция организмом. Это также единственный витамин, который мы можем синтезировать самостоятельно при наличии солнечного света. Поскольку в Северной Европе мало солнца, гипотеза в отношении витамина D кажется убедительной, но лишь до тех пор, пока мы не берем другие регионы, где также преобладают мутации, позволяющие усваивать лактозу, например Судан.

В общем, интрига сохраняется. Мы все еще не знаем, почему молоко оказалось жизненно важным для нашего развития, но это не мешает нам наслаждаться вкусом молока и мороженого.

Совместная эволюция людей и коров

В последние 10 000 лет люди обрели способность пить молоко в зрелом возрасте в результате серии мутаций гена, отвечающего за выработку лактазы. Однако серьезно эволюционировали не только люди, но и само молоко, поскольку генетическая характеристика дойных коров также изменилась в ходе одомашнивания. Как рис, который мы едим сегодня, сильно отличается по вкусу от дикого риса, так и молоко домашних коров сильно отличается от «дикого» молока. Молоко «подстроилось» под вкусовые рецепторы людей, став более похожим на женское молоко. Мы изменили коровье молоко в соответствии со своими вкусами. Разводя скот и занимаясь селекцией, мы изменили генофонд коров так, чтобы они лучше нам служили. Некоторые считают, что детей вредно кормить коровьим молоком, но недовольными, скорее, должны быть телята, которым приходится пить странное на вкус молоко, подходящее для питания людей.

С 1960-х гг. вплоть до недавнего времени ученые считали, что мы перестали эволюционировать после периода неолита, когда зародилась земледельческая цивилизация. Мы думали, что тело досталось нам от эпохи, отстоящей от нас более чем на 10 000 лет. Однако генетики и антропологи доказали, что люди продолжают эволюционировать, причем даже быстрее, чем в предыдущие 5 млн лет. (Я вернусь к этой теме в главе 22.)

ДОПОЛНЕНИЕ

ВСЕ ЛИ АМЕРИКАНЦЫ ПЬЮТ МОЛОКО?

В рекламной кампании «Пьете молоко?» участвовали такие звезды, как Хью Джекман из сериала «Люди Икс» и поп-певица Рианна. Их рекламные ролики создавали впечатление, что для взрослого нет ничего более естественного, чем пить молоко. Однако, как и в остальном мире, в США многие взрослые не усваивают молоко.

С XVI по XVIII в., а затем в середине XIX в. волны иммигрантов из Северной Европы принесли с собой молочное животноводство. Как говорилось в этой главе, у них была мутация, позволявшая взрослым усваивать молоко. Когда их культура стала господствующей, потребление молока взрослыми также превратилось в норму, а неспособность переваривать молоко – в отклонение. Так что молоко стало неотъемлемой частью рациона американцев сравнительно недавно, в конце XIX – начале XX в.

Интересно, что употребление молока становится всемирной традицией. Наряду с McDonald's и Starbucks, молоко воспринимается как элемент «развития» или «вестернизации». В 1990-х гг. наибольший рост потребления молока наблюдался в Китае и Индии, хотя и там и там высокая доля взрослых не усваивает молоко. Обе эти культуры могут похвастаться разнообразной кухней, богатой всеми необходимыми ингредиентами, и трудно поверить, что потребление молока взрослыми связано исключительно с его питательными свойствами.

Глава 7
Ген Белоснежки

Каждое лето множество новых бьюти-продуктов обещают сделать вашу кожу светлее. Работают ли они? Можно ли сделать кожу белой? Не по-настоящему. Мы рождены с определенным цветом кожи, который задан определенной комбинацией генов, кодирующих выработку пигмента меланина. Хотя солнечный свет и продолжительность его воздействия вносят свой вклад, он не может полностью изменить цвет кожи, с которым мы родились. Это простое обстоятельство – количество меланина в нашей коже – не раз в истории человечества порождало болезненные споры и распри.

Как ни странно, только в XVII в. европейцы стали классифицировать людей по цвету кожи на черных, белых, желтых и красных. В ходе кругосветных путешествий европейцы сталкивались с людьми, которые внешне резко отличались от них цветом кожи. Однако с 1960-х гг. антропологи ставят под сомнение «факт» расового различия. Такие специалисты по биоантропологии, как Чарльз Лоринг Брейс и Фрэнк Ливингстон, оба из Мичиганского университета, заявили, что цвет кожи не является фундаментальным и неизменным признаком, который можно использовать для разделения рас. Как уже говорилось, цвет кожи в определенной степени меняется под воздействием ультрафиолетового излучения. В опубликованной в 1962 г. статье «Об отсутствии рас у людей» Ливингстон написал знаменитые слова: «Никаких рас не существует, есть только переходные формы».

Если посмотреть на карту мира, можно заметить определенную связь между интенсивностью ультрафиолетового излучения в разных регионах и цветом кожи живущих там людей. Обитатели территорий с изобилием УФ-излучения обычно имеют более темную кожу, а жители мест, где ультрафиолета меньше, – более светлую. Наблюдается плавный переход оттенков кожи от черного до белого – градация всех их мыслимых вариантов. Цвет кожи – всего лишь результат приспособления к определенным внешним условиям, а не неотъемлемая и принципиально значимая особенность, фундамент для выделения рас. Более того, уже общеизвестно, что «раса» – это не биологически значимая категория в ряду характеристик человека, а социальный конструкт.

Похоже, нет никаких причин продолжать споры о цвете кожи. Тем не менее пока мы ответили лишь на один из ряда сложных вопросов о таинственной природе этого признака.

У людей есть пушковые волосы

Млекопитающие покрыты шерстью. Шерсть защищает кожу от ультрафиолетового излучения, колючек, зубов и прочего. Она поддерживает стабильную температуру тела, сохраняя вокруг него теплую или прохладную прослойку воздуха. Шерсть помогает млекопитающим выживать в самых разных внешних условиях.

С учетом таких преимуществ шерсти кожа человека – это странность. Мы покрыты не шерстью, а волосами, что является редкостью среди млекопитающих. Известны, конечно, и другие млекопитающие, не имеющие шерсти, но они или искусственно выведены, или живут там, где нет солнечного света. Среди млекопитающих, ведущих наземный образ жизни и регулярно находящихся на солнце, люди уникальны своей наготой.

Впрочем, на нашей коже столько же пор и волосяных луковиц, сколько у других животных с аналогичными размерами тела. Мы лишь выглядим голыми, потому что волосы у нас короткие и тонкие, как пушок персика. Люди стали голыми не из-за потери шерсти как таковой, а в результате изменения ее качества.

Когда и почему это произошло? Самая убедительная гипотеза связана с нашей способностью есть много мяса. Ранние гоминины были, скорее всего, фруктоядными вегетарианцами, но примерно 2,5 млн лет назад ситуация изменилась. Хотя вся их добыча сводилась к костному мозгу да жалким крохам мяса, остававшимся на обглоданных другими костях, этого хватило, чтобы обеспечить увеличение размеров головного мозга и тела и в конечном итоге овладеть более сложной технологией изготовления каменных охотничьих орудий.

Млекопитающие, покрытые шерстью, обычно охотятся по вечерам, рано утром или ночью, когда становится прохладно. Вспомните льва из африканской саванны с его гривой и роскошным мехом. Лев или львица, безусловно, выглядят красиво, но могут ли они гнаться за дичью в знойный полдень? Представьте, что я пытаюсь бежать по саванне в длинном шерстяном пальто. Скорее всего, мне обеспечен тепловой удар, а льву придется еще хуже. Более того, в середине жаркого дня даже в тени хищники открывают пасть и часто дышат, чтобы отвести избыток тепла, совсем как собаки в летнюю жару. Покрытые шерстью млекопитающие изнывают от полуденного зноя, даже оставаясь совершенно неподвижными, где уж тут носиться за газелями со скоростью свыше 60 км/ч!

Гоминины воспользовались этой возможностью и стали охотиться днем, когда остальные активные хищники отдыхают. Этот переход был бы невозможен, если бы их тело осталось покрытым шерстью. Как ранним гомининам удалось сбросить «шерстяное пальто»?

Появление голого человека и темной кожи

Допустим, мутация, вызвавшая радикальное сокращению волосяного покрова и появление голой кожи, произошла случайно. Гоминины с этой мутацией могли переносить дневную жару, спасаясь от перегрева путем испарения пота с голой кожи.

Не все качества являются абсолютно выгодными – избавление от шерсти имело свою цену. Когда гоминины начали регулировать температуру тела с помощью потоотделения, они стали намного сильнее зависеть от источников воды. В Африке трудно найти питьевую воду в засушливый сезон. Информация о том, где и когда можно добыть воду, стала жизненно важной, следовательно, ранним гомининам пришлось хранить в памяти знания об условиях в разные периоды года и передавать их следующему поколению. Более того, частые походы к одному и тому же источнику опасны, поэтому стала важной способность эффективно передавать информацию об этих опасностях.

Ультрафиолетовое излучение также должно было обернуться проблемой для наших лишившихся шерсти предков. Без защитного барьера из шерсти кожа гоминин подвергалась прямому воздействию ультрафиолета, который может вызывать серьезные ожоги. Что более важно с эволюционной точки зрения, ультрафиолетовое излучение может приводить к дефектам плода, разрушая фолиевую кислоту в организме матери. Чрезмерное воздействие солнечных лучей в перспективе снижает жизнеспособность потомства; давление отбора неизбежно вело к появлению защитного механизма.

В организме человека эту функцию выполняет особое вещество – кожный пигмент меланин. Он вырабатывается специализированными клетками – меланоцитами. Чем больше его производится, тем темнее кожа. Именно поэтому мы считаем, что первые гоминины в Африке имели относительно темную кожу. Променяв шерсть на пот, древние люди должны были обзавестись темной кожей, чтобы выжить. В отличие от этого, животные с темной шерстью, например шимпанзе, обычно имеют светлую или белую кожу. Поскольку шерсть поглощает солнечные лучи, нет необходимости в пигментации находящейся под ней кожи, а следовательно, и причин для окрашивания кожи.

По этой логике, первые люди с голой кожей должны были быстро стать относительно темнокожими, а все мы сейчас – принадлежать к «черной расе». Однако не у всех в мире темная кожа, у некоторых она почти белая. Как в нашей эволюционной истории появились многочисленные «Белоснежки»?

Как мы вернули светлую кожу

Когда анатомически современные люди расселялись по миру, они перемещались из экваториальных областей на север, где меньше солнца. Время широкого расселения гоминин пришлось на очередной цикл оледенения и межледниковья – ледниковый период. В периоды ледниковья частота пасмурных дней увеличивалась, света было немного. При снижении интенсивности инсоляции нужно было блокировать меньше ультрафиолета, и люди уже не испытывали потребности в большом количестве меланина. Одного этого изменения, однако, было недостаточно для запуска процесса осветления кожи – не нуждаться в меланине не то же самое, что нуждаться в светлой коже. Если бы меланин не имел никакого отношения к выживанию, не было бы разницы, темная у вас кожа или светлая.

Оказалось, что цвет кожи не является сугубо элективным признаком. Он критически значим для регулирования потребления питательных веществ. В случае фолиевой кислоты от цвета кожи может зависеть жизнь. Чтобы выжить в регионе с интенсивной инсоляцией, нужно много меланина, аналогично для выживания в регионе со слабой инсоляцией меланина у вас должно быть мало. Почему? Потому что нашему организму требуется некоторое количество ультрафиолета для синтеза витамина D. Витамин D играет определяющую роль в кальциевом обмене и усвоении питательных веществ, без него кости теряют прочность и деформируются, поскольку кальций не усваивается как следует. Если взрослые на долгое время лишаются витамина D или дети испытывают его дефицит в периоды роста, у них могут развиться рахит и другие опасные расстройства.

Деформация костей не обязательно приводит к смерти, но женщин репродуктивного возраста она, безусловно, ставит на грань выживания. Особенно губительна в смысле деторождения деформация костей таза. Перед лицом столь очевидной репродуктивной угрозы для матерей и младенцев человечество выработало защитный механизм – светлую кожу, способствующую синтезу витамина D в северных регионах.

На карте мира цвет кожи меняется плавно, градации соответствуют широте. Более темная кожа наблюдается в экваториальной области, а более светлая – вдали от экватора, как и предсказывает гипотеза, увязывающая этот признак с витамином D. Причиной градации является то, что годовая доза солнечной радиации зависит от удаления от экватора: чем ближе к экватору, тем этот показатель выше, чем дальше, тем он меньше.

Гены, определяющие цвет кожи, были открыты совсем недавно – сообщение об обнаружении первого такого гена, отвечающего за выработку меланина, появилось в 1999 г. С тех пор было открыто по меньшей мере еще двенадцать генов. Изменчивость цвета кожи обусловлена их комбинациями. Некоторые гены являются регулирующими: они «включают» или «выключают» ген, вырабатывающий меланин. Белоснежка из знаменитой немецкой сказки XIX в., вероятно, имела один из генов, отключающих ген, который отвечает за выработку меланина.

Хотя географическое распределение оттенков кожи соответствует широте, частота каждого из этих специфичных генов меняется в зависимости от континента. Например, и живущие в западной части Тихого океана полинезийцы, и уроженцы Экваториальной Африки имеют темную кожу, но разного оттенка и разной насыщенности. Более того, светлую кожу обитателей Северной Европы и северо-востока Азии обусловливают разные гены. Даже у людей, живущих на одной широте, цвет кожи различается по многим параметрам в зависимости от того, как давно народ обитает в этом регионе и сколько витамина D содержится в его повседневном рационе.

В 2015 г. Дэвид Райх и его группа из Гарвардского университета опубликовали интересное исследование об оттенках кожи. Они сделали удивительное открытие: оказывается, европейцы являются светлокожими лишь около 5000 лет. Это кажется невероятным, древние люди, покинув Африку, обитали в Европе во время ледникового периода. Безусловно, при критически низких уровнях УФ-излучения в те времена они должны были лишиться придающего коже темный оттенок меланина, который препятствовал выработке витамина D. Следовательно, мутация, «создавшая» белую кожу, должна была случиться самое меньшее несколько сот тысяч лет назад, если не миллион или более, поскольку именно тогда древние люди стали жить в Европе. Но может быть, анатомически современные люди покинули Африку совсем недавно и лишь тогда мигрировали в Европу? Даже в этом более консервативном случае светлокожесть должна была появиться по крайней мере несколько десятков тысяч лет назад, у неандертальцев. Пять тысяч лет – неожиданно мало. Как это объяснить?

Все большее признание завоевывает гипотеза, в соответствии с которой позднее появление этого гена связано с переходом к земледелию и оседлому образу жизни. До возникновения земледелия не было острой необходимости вырабатывать в организме витамин D даже на территориях с недостаточной инсоляцией, потому что наш повседневный рацион содержал достаточно витамина D, поступающего с растениями, морепродуктами и мясом. Когда же мы перешли к оседлому земледелию как основному источнику продуктов питания, то стали потреблять все больше обработанного зерна и углеводов, бедных многими нутриентами, в том числе витамином D. Поскольку получение витамина D с пищей оказалось недоступным, мутация, уменьшающая продукцию меланоцитов (клеток, вырабатывающих меланин), обеспечила своим носителям преимущество. Снижение активности меланоцитов привело к появлению более светлой кожи, позволяющей синтезировать витамин D даже при малом количестве солнечного света.

ДОПОЛНЕНИЕ

ПОЛНАЯ БЛОКИРОВКА – НЕ ВЫХОД

В Соединенных Штатах и Европе довольно давно популярны солярии. С ростом числа исследований, доказывающих вредность ультрафиолетового излучения для здоровья, любители загара, обеспокоенные риском развития рака кожи, стали все более активно пользоваться солнцезащитными средствами. Сейчас мы так увлекаемся средствами с УФ-фильтрами, что в проблему превращается их чрезмерное использование. С 2000 г. Центр по контролю и профилактике заболеваний предупреждает об опасности нехватки витамина D и недостатка прямого солнечного света, а также рекомендует включать в рацион продукты, богатые витамином D, в частности молоко и яйца. Как известно, все хорошо в меру – главное, знать эту меру.