Klasyczna opowieść o „koewolucji genów i kultury” u ludzi – pogląd, że nasze zachowanie zmieniło naciski selekcyjne, które na nas oddziaływały – to ewolucja „trwałości laktazy” (LP) w ciągu ostatnich czterech tysięcy lat. LP to cecha, która pozwala spożywać dużo mleka lub produktów mlecznych bez odczuwania skutków ubocznych w postaci niestrawności, wzdęć lub biegunki.
Oczywiście małe dzieci są w stanie tolerować mleko podczas karmienia, ale po odstawieniu od piersi wiele z nich nie toleruje już mleka – nie tolerują laktozy (LI).
Uzyskanie LP, która umożliwia picie mleka i spożywanie produktów mlecznych w wieku dorosłym bez złego wpływu, opiera się na pojedynczych mutacjach w regionie kontrolnym genu produkującego laktazę, cukier znajdujący się w mleku. Mutacje te powstały osobno, ale dopiero po rozpoczęciu przez ludzi działalności „pasterskiej”: picia mleka od udomowionych owiec, kóz i krów. A mutacje działają tak, że laktaza jest włączona nawet po odstawieniu od piersi. (Nie wiadomo, dlaczego ludzie wyłączają gen po odstawieniu od matki, ale przypuszczalnie wiąże się to z metabolicznymi kosztami produkcji enzymu, którego nie używali nasi przodkowie, którzy nie pili mleka do około 10 000 lat temu – kiedy rozpoczęło się rolnictwo i udomowienie zwierząt.)
Na podstawie analizy skamieniałego DNA stwierdzono, że mutacje LP zaczęły rozprzestrzeniać się w Europie (począwszy od dzisiejszej Turcji) około 4000 lat temu. Tak więc klasyczna historia – ta, której uczyłem na zajęciach z ewolucji – mówi, że ludzie zaczęli pić mleko hodowanego bydła, a to dawało korzyść zachowaniu zdolności do aktywnego trawienia mleka nawet po odstawieniu od piersi. Ergo, dobór naturalny ze względu na korzyści odżywcze mleka doprowadził do rozprzestrzeniania się mutacji LP, ponieważ ich nosiciele mogli mieć lepsze zdrowie (ergo więcej potomstwa) niż osoby, które wyłączają enzym po odstawieniu od piersi.
Prowadzi to do „koewolucji”, która obejmuje klasyczną opowieść ewolucyjną: zmiana ludzkiego zachowania (chów zwierząt na mleko) doprowadziła do selekcji pod kątem trwałości enzymu trawiącego mleko, a tym samym do ewolucji genetycznej. Teza o „koewolucji” jest zgadywaniem, że zdolność do trawienia mleka bez skutków ubocznych spowodowała, że ludzie hodowali jeszcze więcej zwierząt mlecznych, intensyfikując dobór na posiadanie LP, a więc częstotliwość genu LP stale wzrastała.
Nowy artykuł w „Nature”, który jest reklamowany w mediach społecznościowych, sprzeciwia się tej klasycznej historii, sugerując, że jest ona bardziej złożona, niż wcześniej sądzono. Chociaż nowe wyniki są reklamowane jako obalające wcześniejszą historię, tak naprawdę nie są. Nadal widzimy ewolucję genetyczną człowieka, promowaną przez zmiany w kulturze, a picie mleka nadal daje korzyści reprodukcyjne. Nowa część historii polega po prostu na tym, że ta korzyść reprodukcyjna nie pojawia się stale (jak sądzono wcześniej), ale głównie w czasach głodu i chorób, kiedy ci, którzy nie mogli strawić laktozy, byli w bardzo niekorzystnej sytuacji, ponieważ biegunka spowodowana nietolerancją laktozy przyczyniała się do śmierci osób chorych lub niedożywionych. To pewien zwrot w głównej historii, ale nie obala jej całkowicie. Nadal istnieje związek między kulturą a ewolucją człowieka, LP nadal ma przewagę reprodukcyjną, która prowadzi do doboru naturalnego i ewolucji genetycznej naszego gatunku. Różnica polega na tym, jak i kiedy działa dobór (patrz „Podsumowanie” na dole).
Kliknij na link pod zrzutem ekranu poniżej, aby przeczytać, lub możesz pobrać plik PDF tutaj. „Nature” uznała to za godne dwóch artykułów w News and Views w tym samym numerze: (tutaj i tutaj).
Jednym z powodów, dla których autorzy wątpią w klasyczną historię, jest to, że podczas gdy picie mleka przez dorosłych rozpoczęło się około 10 000 lat temu, gen LP (określony na podstawie sekwencjonowania „kopalnego DNA”) nie rozprzestrzenił się szeroko aż do około 4000 lat temu. Dlaczego? Mutacja LP jest dominująca, co oznacza, że mogła rozprzestrzenić się bardzo szybko, ponieważ nawet nosiciele jednej kopii mieliby przewagę reprodukcyjną. Ta czasowa dysproporcja doprowadziła autorów do zaproponowania alternatywnych hipotez dotyczących rozprzestrzeniania się alleli LP (jest ich kilka).
Ponadto, gdy autorzy próbowali skorelować częstość występowania allelu LP z częstością używania mleka (wyjaśnienie klasyczne), nie znaleźli żadnej korelacji – ten wzór był nie do odróżnienia od ogólnego wzrostu częstości w Europie niezależnie od spożycia mleka.
Jeszcze jeden zestaw danych doprowadził do nowej hipotezy. Jest to obserwacja, że osoby z LI w Wielkiej Brytanii i Chinach mogą nadal pić dużo mleka bez odczuwalnego wpływu na zdrowie lub reprodukcję (w Chinach ostatnio rozpowszechniło się picie mleka). Oczywiście teraz jest inaczej niż 4000 lat temu, ale jedna z różnic doprowadziła do dwóch hipotez autorów: rozprzestrzenianie się allelu LP było szczególnie silnie promowane w czasach prehistorycznych przez występowanie głodu i chorób – w tym chorób pochodzących często od zwierząt, udomowionych lub tych, które kręcą się wokół osad. (Jak zauważają autorzy: „około 61% znanych i około 75% pojawiających się dzisiaj chorób zakaźnych u ludzi pochodzi od zwierząt”).
Autorzy postawili więc dwie hipotezy, mechanizm kryzysowy i mechanizm chroniczny. Oto ich opis hipotez, które przetestowali (moje podkreślenia):
Biorąc pod uwagę powszechną prehistoryczną eksploatację mleka pokazaną tutaj i jej stosunkowo łagodne skutki dzisiaj u zdrowych osobników LNP, proponujemy dwa powiązane mechanizmy ewolucji LP. Po pierwsze, jak postulowano w sygn.24 szkodliwe konsekwencje zdrowotne spożywania pokarmów o wysokiej zawartości laktozy przez osoby z LNP byłyby dotkliwe podczas głodu, prowadząc do wysokiej, ale epizodycznej selekcji faworyzującej LP. Dzieje się tak dlatego, że biegunka wywołana laktozą może zmienić się ze stanu dokuczliwego w śmiertelny u osób poważnie niedożywionych, a jest większe prawdopodobieństwo konsumowania produktów mlecznych o wysokiej zawartości laktozy (niesfermentowane), gdy zostaną wyczerpane inne źródła pożywienia. To nazywamy „mechanizmem kryzysowym”, który przewiduje, że naciski na selekcję LP byłyby większe w czasach niestabilności przetrwania. Drugi mechanizm dotyczy zwiększonego obciążenia patogenami — zwłaszcza chorób odzwierzęcych — związanych z rolnictwem oraz zwiększoną gęstością i mobilnością populacji. Śmiertelność i zachorowalność z powodu ekspozycji na patogeny byłyby wzmocnione przez niewielkie skutki zdrowotne LNP u osób spożywających mleko – szczególnie biegunkę – z powodu utraty płynów i innych zaburzeń jelitowych, co prowadzi do zwiększonej selekcji na LP Nazywamy to „mechanizmem chronicznym”, który przewiduje, że presja selekcyjna LP wzrosłaby wraz z większą ekspozycją na patogeny.
Innymi słowy, korzyść reprodukcyjna wynikająca z posiadania allelu LP pochodziła z niekorzystnej sytuacji reprodukcyjnej (poprzez śmierć) osób z nietolerancją laktozy w czasach głodu i chorób.
Przetestowali obie hipotezy, korelując wskaźniki głodu i chorób wydedukowane na podstawie dowodów archeologicznych i paleontologicznych:
Mechanizm kryzysowy: „Niestabilność egzystencji” lub głód oceniano na podstawie prehistorycznych fluktuacji liczebności populacji, co, jak twierdzą autorzy, jest skorelowane z prawdopodobieństwem głodu (nie dostarczają żadnych dowodów na to ostatnie przypuszczenie). Ale korelacja daje znacznie lepsze dopasowanie do wzorca częstości alleli LP niż założenie jednolitej selekcji w czasie i przestrzeni.
Mechanizm chroniczny: Autorzy postawili hipotezę, że częstotliwość chorób będzie korelować z prawdopodobieństwem „zoonoz” (chorób odzwierzęcych), co samo w sobie koreluje z czasową zmiennością gęstości zasiedlenia. Te dane, które według mnie byłyby skorelowane z „prehistorycznymi fluktuacjami wielkości populacji” powyżej, również wyjaśniały częstości występowania alleli LP lepiej niż założenie jednorodnego doboru.
Oczywiście nie ma powodu (i autorzy to mówią), by oba mechanizmy nie mogły działać razem. Co ciekawe, wskaźniki zagęszczenia zwierząt domowych nie wspierały „mechanizmu chronicznego”, chociaż pomiary proporcji dzikich zwierząt wokół ludzi to robiły. Oznacza to, że jeśli „mechanizm chroniczny” jest poprawny, ludzie łapali choroby nie od koni, psów, bydła lub owiec, ale od dzikich zwierząt (być może przy okazji ich zjadania).
Inne hipotezy, o których autorzy wspominają, ale których nie przetestowali, obejmują „picie mleka jako płynu stosunkowo wolnego od patogenów”, co pozwala na „wcześniejsze odstawienie od piersi, a tym samym zwiększenie płodności”. Dodam, że jeśli choroby są tu przyczyną, to nie muszą pochodzić bezpośrednio od przebywających w pobliżu zwierząt, ale zarazki mogą się rozpowszechniać przez picie skażonej wody, dając przewagę tym, którzy wolą mleko. Ale nie da się tego ocenić na podstawie danych archeologicznych.
Podsumowanie: Na ostatniej stronie artykułu autorzy twierdzą, że obalili dominującą narrację:
Dominującą narracją na temat koewolucji mleczarstwa i LP jest mechanizm pozytywnego napędu, w którym częstotliwość LP wzrosła dzięki korzyściom żywieniowym i unikaniu negatywnych kosztów zdrowotnych związanych z konsumpcją mleka, ułatwiając rosnące poleganie na mleku, co dalej napędzało selekcję LP. Nasze odkrycia sugerują inny obraz. Spożycie mleka nie rosło stopniowo przez cały okres neolitu europejskiego z początkowo niskich poziomów, ale było raczej powszechne na początku w niemal całej populacji LNP. Pokazujemy, że skala użycia mleka w czasach prehistorycznych nie pomaga wyjaśnić trajektorii częstotliwości alleli LP w Europie, a zatem nie może również uwzględniać intensywności selekcji. Ponadto pokazujemy, że status LP ma niewielki wpływ na współczesne spożycie mleka, śmiertelność lub płodność, a konsumpcja mleka ma niewielki lub żaden szkodliwy wpływ na żyjące obecnie, zdrowe osoby.
Zamiast tego twierdzą, że znajdują poparcie dla wzrostu alleli LP zarówno w okresach głodu, jak i szczególnej ekspozycji na patogeny.
Cóż, dane są danymi, a ich wskaźniki lepiej pasują do tych danych niż klasyczna hipoteza – „dominująca narracja”. Nadal nie jestem przekonany, że wybrane przez nich czynniki, które mają wskazywać na głód lub choroby, są faktycznie skorelowane z samym głodem i chorobami, ale inni badacze z pewnością będą się w to zagłębiać.
Chcę natomiast podkreślić, że jeśli praca Eversheda in. jest poprawna, nadal nie obala historii „koewolucji” genów i kultury. „Koewolucja” nadal istnieje, fakt, że zmiana w ludzkiej kulturze wpłynęła na naszą ewolucję, a także fakt, że picie mleka zapewniało wyższą sprawność reprodukcyjną nadal pozostają. Zmieniła się tylko natura doboru. To prawda, że jest to znaczące rozszerzenie zrozumienia historii, ale słuchając mediów – społecznościowych lub innych – można by pomyśleć, że „klasyczna narracja” jest całkowicie błędna. Nie jest. Zasadniczo jest to nadal poprawne, ale sposób działania doboru może różnić się od tego, jaki zakładaliśmy. Media uwielbiają opowieści o tym, że „scenariusze ewolucji są złe”, i to wydaje się nadawać ton przynajmniej niektórym tekstom, jakie widziałem w wiadomościach i mediach społecznościowych.
___________________________
Reference: Evershed, R.P., Davey Smith, G., Roffet-Salque, M. et al. 2022. Dairying, diseases and the evolution of lactase persistence in Europe. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05010-7
Lactase persistence in populations that drink milk: a classic story of human evolution re-evaluated
Why Evolution Is True, 29 lipca 2022
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
