Истоки употребления молока раскрыты благодаря геномам жителей Южной Азии

Фото из открытых источников

Южная Азия, где молочные продукты, такие как йогурт, панир и гхи, являются основными продуктами питания, помогает разгадать давнюю загадку о том, как люди приобрели способность переваривать молоко. У младенцев во всем мире вырабатывается фермент лактаза, который расщепляет сахара, или лактозу, в грудном молоке, но большинство людей теряют эту способность с возрастом и страдают от проблем с пищеварением при употреблении молока. Однако некоторые люди могут вырабатывать этот фермент и во взрослом возрасте — свойство, известное как «устойчивость лактазы», — что позволяет им употреблять молоко и другие молочные продукты.

Ученые долгое время предполагали, что ответственные за это гены распространились в некоторых популяциях, потому что употребление молока давало им эволюционное преимущество. Однако данные археологии и генетики свидетельствуют о том, что люди потребляли молочные продукты за тысячи лет до того, как гены, отвечающие за устойчивость к лактазе, стали распространены, возможно, после ферментации молока для расщепления лактозы. Некоторые исследователи предположили, что гены, отвечающие за устойчивость к лактазе, могли просто сопровождать несвязанный с ними ген, дающий преимущество, например, иммунный ответ на местные заболевания.

Теперь же исследование современных и древних геномов человека из Индии, Пакистана и Бангладеш предполагает, что один из вариантов гена, помогающий поддерживать выработку лактазы во взрослом возрасте, действительно давал существенное преимущество — но только скотоводам, чья жизнь была связана с потреблением молочных продуктов.

«Это замечательное, тщательное и важное исследование», — говорит антрополог из Гарвардского университета Кристина Уорриннер, которая не принимала участия в исследовании, опубликованном на сайте препринтов bioRxiv. «Наше нынешнее объяснение того, как происходит переваривание молока у взрослых, и наше понимание переносимости и непереносимости лактозы действительно неполное», — говорит она. Авторы нового исследования «углубляются в эти детальные, сфокусированные популяции, что позволит нам понять механизмы происходящего».

Вариация ДНК, обеспечивающая сохранение активности лактазы, находится вблизи гена этого фермента и присутствует примерно у 80–90% населения Северной Европы и Великобритании. Она также встречается в Индии, одном из крупнейших в мире производителей и потребителей молока и других молочных продуктов, но её частота варьируется от более чем 65% на крайнем севере субконтинента до примерно 30% на юге.

Градиент отражает путь гена через Индию. Учёные уже много лет знают, что вариант гена, переносимый как европейцами, так и жителями Южной Азии, получил распространение среди скотоводов бронзового века — кочевых племён, разводивших крупный рогатый скот, буйволов и коз, — около 5000 лет назад на территории современной западной России. В то время в этом регионе было очень холодно. Его жители, не имея возможности выращивать пищу, полагались на мясо и молочные продукты, чтобы пережить долгие зимы, объясняет Уорриннер. «Они живут в невероятно сложной с экологической точки зрения среде, — говорит она. — Это крайняя зависимость от молочных продуктов». Эти степные скотоводы распространились в Европу и Индию, принеся с собой свои гены.

Надеясь лучше понять, как этот вариант гена распространился в Южной Азии, группа исследователей под руководством популяционного генетика Прии Мурджани из Калифорнийского университета в Беркли изучила более 8000 геномов из Индии, Пакистана и Бангладеш, включая 129 древних геномов людей, живших от 3300 до 375 лет назад в долине Сват в Пакистане. Изучив частоту гена, отвечающего за устойчивость к лактазе, исследователи рассчитали силу селективного давления — если таковое имелось — на способность переваривать молоко.

Результаты показывают, что в целом устойчивость лактазы в Южной Азии обусловлена происхождением, а не отбором. Этот признак просто распространился по мере прибытия мигрантов, которые поделились своими генами, а не потому, что употребление молока давало эволюционное преимущество. Это резко контрастирует с европейскими популяциями, где данные ДНК свидетельствуют о том, что гены, отвечающие за устойчивость лактазы, находились под сильным селективным давлением.

Однако две популяции — тода в Южной Индии и гуджары в Пакистане — выбились из этой тенденции. В этих группах ген так быстро и полно развился до высокой частоты, что объяснить это можно только экстремальным селективным давлением — другими словами, они получили огромную выгоду от потребления молочных продуктов. Фактически, как отмечает группа исследователей в своей статье, интенсивность отбора в этих популяциях «является одной из самых сильных, известных в недавней эволюции человека». Важно отметить, что обе популяции исторически вели скотоводческий образ жизни, подобно скотоводам бронзового века. Даже сегодня их экономика основана на разведении буйволов и крупного рогатого скота.

В совокупности результаты убедительно показывают, какие силы способствовали распространению гена лактазы по всей Индии, говорит Йоханнес Краузе, генетик из Института эволюционной антропологии им. Макса Планка. Если этот ген не подвергался селекции в большей части Южной Азии, но все еще встречается с относительно высокой частотой в Северной Индии, значит, он был чрезвычайно распространен среди прибывших степных мигрантов. А общая черта этих древних мигрантов с современными жителями Тода и Гуджар — это скотоводство.

По словам Краузе, этот вариант гена, по-видимому, дает очень сильное преимущество скотоводческим группам, которые в значительной степени зависят от молочного животноводства, но это преимущество исчезает в популяциях, которые сочетают земледелие и животноводство, как это делает большинство жителей Южной Азии. «Этот взгляд на Южную Азию дал нам очень интересные новые сведения о загадке устойчивости лактазы», — говорит Краузе. «Для меня это гвоздь в гроб идеи о том, что причиной ее частоты было не молоко, а что-то другое».