Ученые обнаружили неожиданные истоки любви человечества к углеводам
Фото: Monika Grabkowska/unsplash.com
Некогда господствовавший стереотип о том, что древние люди ели бифштексы из мамонта и другие куски мяса, способствовал появлению идеи о рационе с высоким содержанием белка, который был необходим для развития крупного мозга. Но, рассказывает CNN, археологические находки последних лет опровергли эту точку зрения, предположив, что у людей давным-давно развился вкус к углеводам, таким как клубни и другие продукты, содержащие крахмал, которые были обнаружены при анализе бактерий, поселившихся в зубах.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science, дает первые данные о наследственной предрасположенности к рациону, богатому углеводами. Ученые проследили эволюцию гена, который позволяет людям легче переваривать крахмал, расщепляя его на простые сахара, которые наш организм может использовать для получения энергии. Исследование показало, что эти гены дублировались задолго до появления сельского хозяйства.
Это могло происходить даже сотни тысяч лет назад, задолго до того, как наш вид, Homo sapiens или даже неандертальцы выделились в отдельную человеческую линию, отмечает CNN.
Исследователи из лаборатории Джексона в Фармингтоне, штат Коннектикут, и Университета Буффало в штате Нью-Йорк проанализировали геномы 68 древних людей. Исследовательская группа сосредоточилась на гене под названием AMY1, который позволяет людям распознавать и расщеплять сложный углеводный крахмал во рту, вырабатывая фермент амилазу. Без амилазы люди не смогли бы переваривать такие продукты, как картофель, макароны, рис или хлеб.
Сегодня у людей есть несколько копий этого гена, и их количество варьируется от человека к человеку. Однако генетикам было сложно понять, как и когда количество этих генов увеличилось — это связано с тем, когда употребление крахмала, вероятно, стало полезным для здоровья человека.
“Главный вопрос, на который мы пытались ответить, заключался в том, когда произошло это дублирование? Вот почему мы начали изучать древние геномы”, — рассказывает автор исследования Фейза Йилмаз, младший научный сотрудник Лаборатории Джексона.
“Предыдущие исследования показали, что существует корреляция между количеством копий AMY1 и количеством фермента амилазы, который выделяется в нашей слюне. Мы хотели понять, связано ли это с развитием сельского хозяйства. Это острый вопрос”, — сказала она.
Команда обнаружила, что еще 45 000 лет назад охотники-собиратели, чей образ жизни предшествовал сельскому хозяйству, имели в среднем от четырех до восьми копий AMY1, что позволяет предположить, что Homo sapiens испытывал вкус к крахмалу задолго до того, как одомашнивание сельскохозяйственных культур сформировало рацион человека.
Исследование также показало, что дупликация гена AMY1 существовала в геномах неандертальцев и денисовцев — вымершего гоминина, впервые обнаруженного в 2010 году, о котором известно относительно мало. Согласно исследованию, наличие множества копий этого гена у трех видов людей позволяет предположить, что это была черта, присущая общему предку, до того как различные линии разделились.
Это открытие означает, что у древних людей было более одной копии AMY1 еще 800 000 лет назад.
Неясно, когда именно произошло первоначальное дублирование гена AMY1, но, скорее всего, это произошло случайно. Наличие более чем одной копии создало генетическую возможность, которая дала людям преимущество в адаптации к новым диетам, особенно богатым крахмалом, поскольку они сталкивались с различными условиями окружающей среды.
Анализ также показал, что количество копий AMY1, которые несет в себе человек, резко возросло за последние 4000 лет — вероятно, в результате естественного отбора, поскольку люди адаптировались к богатой крахмалом диете в результате перехода от образа жизни охотников-собирателей к сельскому хозяйству и выращиванию зерновых культур.
По словам Тейлора Гермеса, доцента кафедры антропологии Университета Арканзаса, который не принимал участия в исследовании, исследование “предоставило убедительные доказательства” того, как молекулярный механизм превращения трудноусвояемых крахмалов в легкодоступные сахара эволюционировал у людей.
Более того, новое исследование подтверждает появляющуюся теорию о том, что именно углеводы, а не белки, обеспечивают приток энергии, необходимый для увеличения размера человеческого мозга с течением времени, отметил он.
“Авторы пришли к выводу, что увеличенное число копий гена амилазы, которое приводит к большей способности расщеплять крахмал, возможно, появилось за сотни тысяч лет до появления неандертальцев или денисовцев, что подтверждает идею о том, что крахмалы метаболизировались в простые сахара, которые способствовали быстрому развитию мозга в ходе эволюции человека, ” сказал Гермес.
“Хотя я считаю, что необходимы дополнительные исследования с использованием более качественных геномов древнего человека, я был удивлен, что авторы смогли обнаружить множественные копии генов амилазы в геномах неандертальцев и денисовцев, которые были опубликованы ранее”, — добавил Гермес. “Это показывает ценность продолжения изучения геномов наших предков-людей для получения важных медицинских и физиологических данных”.
Сложно понять, как отдельные гены изменялись с течением времени в популяциях, и это исследование “чрезвычайно впечатляет”, — сказала Кристина Уориннер, доцент кафедры социальных наук и антропологии Гарвардского университета имени Джона Л. Леба.
“Мы знаем, что изменения в рационе питания сыграли центральную роль в эволюции человека… но реконструировать эти события, которые происходили тысячи, сотни тысяч и даже миллионы лет назад, непросто, — сказал Уориннер, который не принимал участия в исследовании. – Геномный анализ, проведенный в ходе этого исследования, помогает, наконец, определить некоторые из этих важных этапов и раскрывает дразнящие подсказки о долгой любви человечества к крахмалу”.