Генетики пытаются разрешить парадокс: зачем заводить козу, если не перевариваешь молока, и как приучить себя к молоку, не имея козы.
На первый взгляд история кажется простой: все млекопитающие кормят животных молоком, но во взрослом виде молоко не употребляют. И только люди обрели способность переваривать молоко всю жизнь, что и позволяет им наслаждаться всеми прелестями молочных продуктов. Так уж у нас все удачно сложилось в процессе эволюции.
Однако уже на второй взгляд все усложняется. Почему вообще млекопитающие вздумали выкармливать детей такой дрянью, которую сами есть не могут? Молочный сахар — лактоза — вообще-то очень малопитательное соединение. Ферментам (их называют «лактазы») очень нелегко раскусить этот сахар, превратив его во что-то полезное. Даже среди микробов далеко не все освоили этот фокус, а те, что освоили, часто предпочитают все-таки вместо лактозы съесть что-нибудь повкуснее. А мы, то есть наши женщины, зачем-то специально вырабатываем вот это самое, никому больше не нужное, для своих малюток — просто жлобство какое-то.
На самом деле все было придумано природой специально и очень хитро. Если синтезировать в молочных железах сахар, который не очень-то востребован другими организмами, но при этом вооружить своих детенышей ферментом, который его расщепляет, получается идеальная конфигурация. Дети сыты, но при этом не конкурируют за материнское молоко с какими-нибудь неприятными паразитами.
А почему бы тогда млекопитающим не сохранить свои лактазы во взрослом возрасте? Мало ли что, вдруг удастся, к примеру, подоить козу? Нет, это тоже чепуха: если вам, дикому животному, удастся поймать козу и она вас не забодает, логичнее не доить ее, а просто съесть всю целиком. Это куда вкуснее и питательнее.
Однако вся эта стройная логика в случае человека разумного дает трещину. Наши предки, расселившись по миру, приобрели способность усваивать молочный сахар всю жизнь. Более того, генетики установили (каким образом установили, можно узнать здесь), что этот генетический признак — ген LCT — в человеческой истории подвергался очень интенсивному естественному отбору. Дело в том, что люди расселились из экваториальной Африки в куда более сумрачные северные страны, где им, разумеется, стало остро не хватать солнца и витамина D. Девочки, не получавшие в детстве витамина D, заболевают рахитом, у них деформируются кости таза, и они не могут родить детей. А молоко — прекрасный источник витамина D. Вот и механизм отбора.
Итак, мы продрались через второй уровень сложностей. Теперь картина выглядит так: пить молоко животных понадобилось людям для расселения в северных широтах. Появился сильный фактор отбора, который тотчас же начал отбирать мутации гена LCT, позволяющие взрослым дополнять свою диету молоком. Одновременно появился стимул приручать животных и заниматься молочным скотоводством. Два эти процесса — освоение навыков животноводства и отбор полезного аллеля LCT — взаимно стимулировали друг друга. Так мы и прибыли в XXI век, когда неспособность переваривать лактозу уже считается заболеванием, а в супермаркетах «молочка» составляет едва ли не четверть ассортимента.
Заведи козу
Вот теперь добро пожаловать на третий уровень проблем — туда, где сейчас и возятся ученые. Вопрос таков: что было раньше, курица или яйцо? Точнее, коза или молоко? Еще точнее: культура или генетика?
Откуда мог взяться отбор по гену LCT, если у наших предков не было козы, чтобы ее подоить? И зачем бы им понадобилась эта коза, если нужный аллель гена был только у редких фриков-мутантов? Какой смысл держать козу, когда ее молоко никому не нужно? А нету молока — нет и фактора отбора.
Вот примерно эту коллизию и проанализировала международная группа ученых, опубликовавшая недавно статью в PNAS. Их внимание привлек следующий любопытный случай: Монголия. Жители этой страны доят семь разных видов животных. При этом даже сейчас 95% монголов не переносят лактозу.
Вопрос первый: зачем они мучают зверей, если молоко им не нужно? На этот вопрос есть простой ответ: из молока монголы делают сыры, простокваши, разные виды творога и даже алкогольные напитки. Во всех этих продуктах лактозы нет: ее сбраживают разные микроорганизмы. О’кей, тогда второй вопрос: почему же именно на монголах такой мощный фактор отбора не сработал? Как они умудрились не приобрести такой, казалось бы, нужный им ген?
Руководитель этой научной работы Кристина Уориннер из института Макса Планка в Иене предположила, что, возможно, монголы просто еще не успели закрепить у себя нужный ген, поскольку занялись молочным животноводством недавно. Или вот другой вариант: древние монголы были способны усваивать лактозу, но затем, перейдя на кисломолочные продукты, утратили эту способность.
Обе эти гипотезы, которые мигом бы все объяснили, Кристина cама же блистательно опровергла. Для этого ей пришлось проанализировать останки древних монголов, принадлежащие к культуре Буган Чулуун — Хиригсуур. Эти люди жили около трех тысяч лет назад, точнее, между 1300 и 900 г. до н. э. Условия захоронения не слишком способствовали сохранности тел, однако существует хитрый способ установить, что именно ел покойник, проанализировав его зубной камень. Это твердое вещество способно сохранять фрагменты белков, присутствовавших в пище, и соавтор Кристины, Шеван Уилкин, знал, как эти белки проанализировать. Результат: да, древние монголы ели много продуктов из овечьего, козьего и коровьего молока.
Но, возможно, у них были для этого нужные гены? Тут пришел черед палеогеномики: из зубов и костей древних покойников была извлечена ДНК, ее проанализировали и сделали вывод, который и составил главный итог этой научной работы. Нет, древние монголы не умели сбраживать лактозу.
Ученые и раньше догадывались, что распространение животноводства предшествовало закреплению правильной мутации, позволяющей пить молоко, минимум на несколько тысяч лет. Однако теперь выясняется, что в разных местах земного шара дела обстояли по-разному.
Считается, что полезный аллель гена LCT первым начал распространяться у людей так называемой «ямной культуры», пришедшей в Европу из центральноазиатских степей 5000 лет назад. Там доля носителей хорошего гена составляла до 30% (от них нужный ген получили и мы с вами). Монголы, несомненно, контактировали с людьми ямной культуры. Однако, как выяснили исследователи, пропорция «ямной» ДНК в их геномах была очень небольшой. Вместо того, чтобы заняться с «ямными» людьми любовью, нарожать общих детишек и заимствовать их гены, монголы повели себя сдержанно: они предпочли заимствовать их культуру. В том числе искусство содержать и доить животных, а также делать из их молока питательные молочнокислые продукты.
Гадание на молочной пенке
Можно, конечно, вообразить сценарий, кое-что объясняющий. Люди ямной культуры осваивали молочное животноводство с нуля. В какой-то момент способность употреблять молоко во взрослом возрасте оказалась для них очень полезной, и ген распространился. Однако те народы, которые переняли эту практику в готовом виде, не так сильно нуждались в лактазе: к их услугам уже были разнообразные продукты брожения, в которых всю работу, которую должны бы делать ферменты человеческого кишечника, уже сделали бактерии. Давление отбора в этих популяциях не было таким сильным, как в те дни, когда человек привел в свое стойбище первую козу.
К тому же, вероятно, нужные мутации не возникали так уж часто — их тоже нужно было от кого-то перенять. Те, кто позаимствовал гены ямной культуры, имели по крайней мере начальный материал для отбора нужных вариантов, а те, кто побрезговал чужаками, просто не дали себе шанса. Им оставалось полагаться на изобретательность, то есть на технологический прогресс.
Фантазировать на эти темы можно бесконечно, но существует неоспоримый факт: когда генетики смотрят на ген LCT, они видят следы очень сильного отбора, действовавшего на этот ген и продолжающегося до сих пор. С другой стороны, они видят народы, где ничего подобного не происходило. Как это совместить — по-прежнему загадка.
Сейчас Кристина Уориннер считает, что, возможно, все дело в бактериях. Монголам повезло обзавестись таким удачным набором микроорганизмов-заквасок, который фактически полностью заменил кишечные ферменты человека и позволил ему выживать, питаясь молочными продуктами и при этом не обзаводясь собственными лактазами. Что такого волшебного в этих монгольских заквасках (а их на самом деле сотни), она намерена разузнать в дальнейшем.
Мы же, как водится, будем извлекать из этой истории свои скромные уроки. Во-первых, человеческая культура может стать важным фактором естественного отбора, каким стало для «ямных» людей их умение доить животных. Во-вторых, та же самая культура — в данном случае умение правильно сквашивать молоко — способна и освободить людей от генетического императива.
Если вы когда-либо наблюдали подростка, играющего в Playstation, вы могли бы задаться вопросом: не приведет ли дальнейшая эволюция к явлению расы людей с сильно развитыми большими пальцами на руках, но при этом с очень маленьким мозгом? Результаты этой научной работы подсказывают, что все не так просто: тот же прогресс, который на каком-то этапе, казалось бы, подталкивает нашу эволюцию к какому-то абсурдному результату, через некоторое время сам же все способен исправить. Культура все-таки сильнее генетики.
А тот приятный факт, что именно благодаря генетике мы, европейцы, можем иногда позволить себе выпить стакан свежего молока, лишь способствует благодушному настроению, в которое должна привести читателя наша статья о примате культуры над биологией.
Автор: Алексей Алексенко