Тысячeлeтиями чeлoвeк приспoсaбливaлся к   услoвиям жизни: пoгoдe, xищникaм, смeнe дня и   нoчи   и, кoнeчнo, eдe. Пищeвыe привычки тex врeмeн дo   сиx пoр скрыты в   нaшиx гeнax. Тaтьянa Тaтaринoвa, прoфeссoр Унивeрситeтa Южнoй Кaлифoрнии, пoмoглa «Чeрдaку» рaзoбрaться во   влиянии генов на   современную жизнь человека.

Пыль, жара, толпа в   ожидании, два мальчика хлещут друг друга кнутами по   спинам. Так выглядит обряд инициации у   народа фулани, проживающего на   обширной территории в   Западной Африке. От   деревни к   деревне в   обряде посвящения в   мужчины бывают вариации, но   суть везде одинаковая: докажи, что ты   мужчина своим терпением и   стойкостью.

В 2015 году ученые нашли следы этого жестокого обычая в ДНК представителей племени фулани: их гены, кодирующие белки вкусовых рецепторов, подверглись мутациям, которые   снизили чувствительность рецепторов. Оказывается, незадолго до начала инициации мальчикам дают выпить пальмовое пиво с таким жутким вкусом, что выдержать его можно только после нескольких лет упорных тренировок и с притупленным ощущением вкуса. Иначе эту дрянь не выпьешь, а без нее вытерпеть жестокие удары невозможно.  

Поэтому веками эволюция отбирала из племени фулани мужчин с мутациями гена TAS2R, позволяющими более эффективно перерабатывать алкалоиды из пальмового пива и тем самым облегчающими посвящение во взрослую жизнь. Остальные просто не выдерживали ударов хлыстов: позор «проваленной» инициации не позволял им жениться и, следовательно, оставить потомство. Выживет самый бесчувственный.  

«История с   фулани очень яркая и   показательная,   — говорит Татьяна Татаринова. —   Вкусовые гены современных людей не   только меняются от   народа к   народу, но   еще и   отличаются от   денисовских и   неандертальских. Например, сегодня нам всем нравится запах копченой колбасы, но   древним людям   он, возможно, был   бы совсем неинтересен».

Огонь, земля и молочные реки

Наш мозг   — очень требовательный аппарат. Он   составляет всего   2% от   общей массы тела, но   потребляет до   20% всей энергии в   человеческом организме: высокопроизводительные вычисления, которые когда-то обеспечили человеку возможность общаться, планировать свои действия и   делать сложные орудия труда, требуют больших затрат. А   потому любая новация, дававшая возможность более эффективно извлекать энергию из   пищи, делала человека не   столько сильнее, быстрее или больше, сколько умнее: избыток энергии тратился на   работу нашего главного адаптивного органа.

Первая и   самая грандиозная гастрономическая революция в   истории человечества связана с   освоением огня и   затеряна где-то далеко в   веках. Как все тогда случилось, ученые спорят до   сих пор. Одни считают, что у   людей сначала появились мутации, позволяющие переваривать жареную и   вареную пищу и   не   травиться побочными продуктами такой термической обработки.

Эти счастливчики могли приготовить первые доисторические бифштексы и   фрикадельки, используя лесные пожары или тепло горячих источников, получить от   этого солидный выигрыш калорий, а   затем использовали его для развития мозга, которое со   временем и   позволило освоить добычу огня.

Согласно другой версии, древние люди сначала научились разжигать и   поддерживать огонь в   своих пещерах для обогрева, а   уже потом самые удачливые из   них   — обладатели подходящих генов   — стали понемногу готовить пищу и   получать от   этого невероятное эволюционное преимущество, которое дало им   ресурсы вынашивать и   рожать больше детей и   заселять территорию своими потомками.

Укрощением огня в   древнем мире было некого удивить: готовить пищу умели и   неандертальцы, и   денисовцы   и, судя по   всему, даже человек работающий (Homo еrgaster), а   вот земледелие оказалось подвластно только человеку разумному и   навсегда поменяло нашу ДНК.   Недавнее исследование   американских ученых показало, что у   современных людей в   среднем шесть копий гена AMY1, кодирующего фермент амилазу, а   у   денисовцев или неандертальцев только две диплоидные копии. Амилаза слюны осуществляет гидролиз крахмала и   гликогена еще в   ротовой полости. «По-видимому, когда у   людей появилось сельское хозяйство, то   постепенно у   них закрепилась совершенно другая реакция на   крахмал, чем у   других гоминидов. Неандертальцы или денисовцы не   могли так эффективно переваривать пшеницу или рис»,   — рассказывает Татаринова.

Схема родства между человеком разумным, денисовским человеком и неандертальцами. Изображение: Nature, перевод: «Чердак»

Человек   — это единственное млекопитающее, способное употреблять молочные продукты во   взрослом возрасте, после перехода на   твердую пищу. Другие могут пить молоко только в   детстве, а   потом у   них выключатся гены, ответственные за   переработку лактозы, чтобы выросшие детеныши не   ходили за   мамой всю жизнь и   она могла кормить новое потомство. То   же самое раньше наблюдалось и   у   людей, но   потом они приручили коров, коз и   овец, и   так, постепенно, человечество стало привыкать к   потреблению молока.

«По   антропологическим данным, коров приручили где-то 10   тысяч лет назад, а   гены для переработки молока появились где-то 5   тысяч лет назад,   — говорит Татаринова. —   Пять тысяч лет люди держали коров, производили и   ели сыр, но   не   могли пить цельное молоко».

Объяснить такую временную задержку несложно. Ведь каждый ген может существовать сразу в нескольких вариантах, или, как говорят ученые, в «аллелях». Все клетки человеческого организма, кроме половых, содержат сразу по два аллеля каждого гена — несут два набора хромосом. Если эти аллели различаются и содержат разные инструкции по синтезу одного и того же белка, то организм будет следовать только одной из этих инструкций — доминантной. Например, у человека с двумя аллелями гена, определяющего цвет глаз, — голубым и карим — глаза будут карими, потому что аллель карих глаз — доминантный, а аллель голубых — рецессивный (это упрощенное описание случая полного доминирования. В реальности организм может как будто пытаться выполнить сразу две инструкции, и глаза станут зелеными — такой случай называют неполным доминированием).

Поэтому даже самая выгодная генетическая новация у   людей не   может быстро закрепиться. Сначала у   нескольких человек должен случайно появиться мутантный аллель, действие которого будет скорее всего подавлено другими, доминантными по   отношению к   нему вариантами гена. Потом два «мутанта» должны встретиться и   произвести потомство, у   которых будет сразу две копии нового аллеля. Эти потомки должны вырасти, выжить и   размножиться, и   так далее.

Всего нужно 150–400 поколений (или 3–8 тысяч лет), чтобы новинка закрепилась в   наших ДНК, и   то   если она дает своим носителям солидные преимущества в   повседневной жизни.

Именно поэтому гены фермента лактозы так медленно захватывали мир: генетическое исследование 13   скелетов, найденных на   Великой венгерской равнине и   датированных 5700–800   гг. до   нашей эры показало, что у   всех обнаруженных представителей была непереносимость лактозы.

Кстати, такая особенность свойственна до   сих пор более чем половине населения Земли. Пить молоко и   расщеплять лактозу могут только жители северных стран, в   том числе России: здесь необычная мутация, появившаяся несколько тысяч лет назад, была особенно выгодна. В   условиях скудного рациона питания и   дефицита солнечного ультрафиолета молочные продукты стали ключевым источником энергии и   микроэлементов, необходимых для жизни и   рождения здорового потомства.

Цвет обозначает долю людей с   непереносимостью лактозы в   разных странах мира: от   зеленого   — непереносимость лактозы встречается редко, до   красного   — непереносимость лактозы широко распространена. Источник: Википедия, перевод: «Чердак»

Кстати,   недавнее исследование   в   журнале   Nature Genetics   показало, что существует значительное совпадение между повышенным генетическим разнообразием молочных генов у   коров, географическими зонами неолитических стоянок с   наличием крупного рогатого скота и   современным уровнем переносимости лактозы в   Европе. Так что не   зря, по-видимому, у   голландцев самый вкусный сыр!

«В   геномах и   пищевых привычках современных людей мы   наблюдаем те   факторы, что появились еще 8   тысяч лет назад, при переходе к   бронзовому веку»,   — говорит Татаринова.

Костяные грамоты

В   1994 году исследователи из   Университета Бригама Янга (Brigham Young University) заявили, что смогли получить фрагмент митохондриальной ДНК (мтДНК) динозавра мелового периода из   костей возрастом 80   миллионов лет.

Это была сенсация: человечество получило возможность заглянуть в   генетическую историю допотопного мира. Реальность оказалась намного менее интересной: другие лаборатории не   смогли повторить результаты этого исследования, а   найденные уникальные фрагменты мтДНК были   больше похожи на мтДНК человека, чем птиц или рептилий. Ученые поняли, что за доисторические древности они принимали следы неосторожных лаборантов, работавших с образцами.

Такие истории часто случаются при работе с   древней ДНК (дДНК, ancient DNA, aDNA) не   только динозавров, но   и   людей. Слова в   генетических летописях стираются, а   сами рукописи распадаются на   страницы и   замарываются безграмотными варварами. Молекулы дДНК постепенно укорачиваются под действием ферментов бактерий, разлагающих ископаемые останки, самопроизвольно меняют свою структуру (например, цитозин со   временем постепенно превращается в   тимин) и   смешиваются с   ДНК тех   же бактерий или, например, волков, раскопавших могилы, чтобы полакомиться костями. Увы, ни   один носитель информации на   Земле не   вечен.

Со временем цитозин превращается в тимин. Изображение: «Чердак»

Поэтому ученые очень осторожно относятся к   исследованиям дДНК, а   самым древним организмом, ДНК которого секвенировано, пока считается лошадь эпохи среднего плейстоцена, жившая где-то 560–780 тысяч лет назад. Дальше в   генетическую историю мира человечество пока не   забралось.

Впрочем, нужно быть внимательными при работе не   только с   очень древним ДНК.  

«Если   вы хотите работать с   останками прапрадедушки, который погиб в   Бородинской битве, то   нужно взять в   команду китайского или даже африканского лаборанта,   — рассказывает Татаринова. — Даже опытный исследователь может загрязнить своей ДНК древние образцы, но   следы африканцев или китайцев в   европейских данных будет легче отсеять по   специфическим мутациям».

Кроме того, внимательный анализ данных поможет отличить древние ДНК от   современных, например, по   тем самым характерным превращениям цитозина в   тимин, которые по   своей природе чаще всего случаются на   концах макромолекул ДНК   — они активнее участвуют в   броуновском движении и   потому более реакционно способны. Также аккуратное исследование древней ДНК нужно проводить сразу по   нескольким   снипам   (от   английской аббревиатуры SNP   — single nucleotide polymorphism) и   добиваться хорошей воспроизводимости данных для разных лабораторий и   разных образцов, найденных в   одном захоронении или на   одном кладбище.

Добавляем сюда еще условия специальных «чистых комнат» для работы с   ДНК и   дотошный отбор костей. «Для исследования   лучше подходят   толстые и   плотные кости, в   глубину тканей которых почти не   проникли бактерии из   окружающей среды   — большая берцовая, височная, защищенные эмалью части зуба»,   — говорит Татаринова. В   итоге получается весьма накладная и   кропотливая схема эксперимента, потому хороших исследований древних ДНК людей пока совсем немного   — даже найти в   одном захоронении несколько скелетов с   подходящими костями уже непросто.

Помогают генетикам антропологи, методы работы которых гораздо более выверены: например, рацион питания наших доисторических предков с   какой-нибудь раскопанной стоянки можно восстановить по   виду зубов и   изотопному составу тканей.

«В   древнем ДНК полно мусора, и   при работе с   ней нужно постоянно отделять «зерна» от   «плевел»,   — рассказывает Татаринова. —   Антропология все-таки наука гораздо более устоявшаяся, и   поэтому разумно брать антропологические гипотезы и   тестировать их   с   помощью генетических данных. Антропологические данные могут помочь нарисовать, образно говоря, большую мишень для дальнейших генетических исследований. Но   если стрела древней ДНК попадает в   мишень на   другом дереве, значит, скорее всего, с   генетическим данными что-то не   так».

Кухни народов мира

Есть еще один, гораздо более простой способ заглянуть на   кухню наших предков   — не   копаться в   их   древней ДНК, а   внимательно приглядеться к   тому наследию, уникальным вкусам и   предпочтениям, что они оставили миллиардам современных людей. Так, диета масаи, полукочевого африканского народа, обитающего в   саваннах Южной Кении и   Северной Танзании, для нас выглядит как минимум странной, а   как максимум — даже смертельной.  

«Масаи могут есть столько жира и   не   толстеть, что мне, европейской женщине на   вечной жесткой диете, прямо хочется сдохнуть от   зависти, — говорит Татаринова. — За   день в   среднем они съедают в   шесть   раз больше жиров, чем европейцы, а   все равно остаются худыми».

В   1971 году ученые решили испытать эту необычную особенность масаи в   эксперименте. Они собрали две группы подопытных в   возрасте 20—24   лет, в   каждой из   которых были и   масаи, и   европейцы. Людей из   контрольной группы ученые держали на   обычном рационе, а   другим добавляли по   два   дополнительных грамма холестерина в   день. После восьми   недель такой диеты масаи абсолютно ничего не   почувствовали: содержание холестерина в   крови масаи из   обеих групп было одинаковым в   рамках погрешностей.

Европейцам повезло намного меньше: каждые дополнительные 100 миллиграмм холестерина в   диете повышали уровень холестерина в   крови на   11,8   мг/100   мл (при норме в   160-250   мг/100   мл). Нам остается только гадать, как эти двухмесячные испытания повлияли на   жизнь и   здоровье генетически неподготовленных европейцев, но   одно известно точно: холестерин для масаи   — не   проблема. Кстати, поэтому в   их   обществе принято выдавать молодых девушек за   умудренных опытом 60-летних и   70-летних мужчин, не   отягощенных лишним весом, проблемами с   сердечно-сосудистыми заболеваниями и, главное, вполне способных оставить после себя здоровое потомство.

Многие века естественного отбора оставили только самых приспособленных масаи   — тех, кто может питаться жирной пищей и   не   наживать себе крупных проблем с   сердцем и   сосудами.

Историю, похожую на   ситуацию с   масаи или фулани, ученые недавно прочли в   генах эскимосов Гренландии, которых они сравнивали с   некоторыми народами Индии, Южной Азии и   Африки, исторически придерживающихся вегетарианской диеты. Ученые отследили в   этих популяциях частоту аллеля, связанного с   адаптацией к   пище в   контексте омега-3 и   омега-6, ненасыщенных жирных кислот, необходимых для работы человеческого организма, которые человек может получить почти только из   пищи.

Оказалось, что гены вегетарианцев веками затачивались на   усиленную обработку еды для извлечения дефицитных омега-3 и   омега-6 из   растительной пищи, в   то   время как у   эскимосов с   их   морской диетой, богатой насыщенными жирными кислотами, таких мутаций не   наблюдается. Быть вегетарианцем для них почти невозможно.

Распространенность аллелей, адаптированных для вегетарианской пищи в различных странах мира. Источник: Cornell University, перевод: «Чердак»

Молоко, холестерин, насыщенные жирные кислоты, алкоголь   — наши гастрономические предпочтения зафиксированы в   генах и   традициях далеких и   близких предков. Внимательный взгляд на   ДНК поможет в   будущем подобрать каждому из   людей оптимальную диету. Полной картины взаимосвязи генов и   питания у   ученых-нутригенетиков пока нет, а   новые исследования в   этой области проводить непросто.

Эксперименты на   современных людях, похожие на   опыты с   масаи, не   разрешат этические комиссии, так как одна из   групп людей будет гарантированно получать вредное питание (как те   европейцы, подкормленные холестерином). Альтернативы   — исследования древних ДНК   — пока очень сложны и   дороги.

«Стоимость секвенирования древней ДНК гораздо выше, чем современной ДНК,   — рассказывает Татаринова. —   В   настоящее время подобные работы в разных странах финансируют исключительно агентства фундаментальных исследований — частных инвестиций вкладывается мало. Но   мне кажется, что скоро в эту область придут коммерческие компании, так как воссоздание генетической картины эволюции пищевых привычек может значительно повлиять на   пищевую индустрию».

Тем более, еда влияет не   только на   наш геном, тысячелетиями закрепляя в   нем нужные мутации, но   и   на   эпигеном: любой съеденный продукт практически в   реальном времени меняет активность наших генов. Об   этом   — в   следующей части материала.

Татьяна Татаринова   — профессор Университета Южной Калифорнии, член научного совета биомедицинского холдинга «Атлас» и   сотрудник Института проблем передачи информации.

Источник