Генетична мутація дозволила древнім європейцям пити молоко, що підготувало грунт для революційних змін на нашому континенті

Якось в 1970 році на родючій рівнині центральної Польщі археолог Пітер Богуцький (Peter Bogucki) проводив розкопки на одному з поселень епохи кам'яного століття. І раптом він випадково виявив якісь древні осколки кераміки, дуже дивні. Люди, що жили близько 7000 років тому в районі цієї стародавньої стоянки, належали до першого хліборобам Центральної Європи. Після себе вони залишили фрагменти кераміки, на яких була велика кількість маленьких отворів, ніби хтось спеціально проколював їх у глині за допомогою соломинки.

Покопавшись у літературі з археології, Пітер Богуцький дізнався, що подібні зразки древньої дірчастій кераміки знаходили і раніше. "Вони були настільки незвичайні, що про це вчені повідомляли майже завжди", - пояснює Богуцький, який в даний час працює в Прінстонському університеті в Нью-Джерсі. Точно такі ж дірчасті предмети він побачив в будинку у свого друга, який використовував їх для виробництва сиру. Тому Богуцький припустив, що дірчаста кераміка давнину якось пов'язана з сироварів. Правда, цю свою гіпотезу він не зміг перевірити і тому відклав дослідження таємничих керамічних черепків.

У 2011 році ними зайнялася геохімік Мелані Роффе-Сальков (M lanie Roffet-Salque) з Брістольського університету Великобританії. Проаналізувавши хімічний склад залишків нальоту, що залишився на стародавньому керамічному ситі, Роффе-Сальков виявила сліди молочних жирів. Значить, стародавні землероби використовували ці керамічні сита для того, щоб відокремити тверду фракцію (творог) від рідкої сколотин. Виходить, що керамічні знахідки, виявлені в Польщі, - це найдавніше зі знайдених доказів, що свідчить про сироваріння.

Вишукування Роффе-Сальков - це лише одне з багатьох відкриттів, що стосуються історії поширення молока в Європі. Багато з цих відкриттів були зроблені в рамках проекту вартістю 3,3 млн. євро, що стартував у 2009 році. До проекту підключилися археологи, хіміки, генетики. Висновки вчених допомогли глибше зрозуміти ту роль, яку грали молочні продукти при освоєнні людиною нашого континенту.

Відзначимо цікавий факт: для стародавньої людини, який жив під час останнього льодовикового періоду, а точніше для дорослих особин, молоко було, по суті, токсином, отрутою, оскільки організм дорослих людей того часу не міг виробляти спеціальний фермент - лактозу, або по-іншому " молочний цукор ", який необхідний для засвоєння молока. Але потім на Близькому Сході близько 11 тисяч років тому на зміну мисливцям-збирачам стали приходити землероби-скотарі, які навчилися знижувати вміст лактози в молочних продуктах до допустимого рівня шляхом ферментації молока - так з'явилися сир і йогурт.

У результаті кілька тисячоліть тому в генах європейців сталася генетична мутація, що дозволила людському організму виробляти лактозу. Тепер люди могли пити молоко протягом усього життя людини. Сталася генна мутація. З її допомогою людство відкрило для себе новий багате джерело їжі, який дозволяв нагодувати людей в неврожайні роки, - молоко.

"Молочна революція" проходила в два етапи. Швидше за все, вона з'явилася головним фактором, в результаті якого групи стародавніх землеробів і скотарів почали просуватися з півдня на північ Європи, витісняючи мисливців-збирачів, які жили там протягом тисячоліть. "З точки зору археології, вони дуже швидко поширилися по Північній Європі", - говорить Марк Томас (Mark Thomas), фахівець в галузі популяційної генетики з Університетського коледжу Лондона. Ця древня хвиля еміграції дуже сильно вплинула на європейців, адже сьогодні більшість з них, на відміну від жителів багатьох інших регіонів світу, можуть пити молоко без будь-якої шкоди. "Більшість сучасних жителів Європи - це нащадки тих давніх людей, які займалися виробництвом молочних продуктів, а їх організм став стійко виробляти лактозу", - підсумовує Марк Томас.

Міцні шлунки

Організм майже всіх грудних дітей здатний виробляти лактазу і перетравлювати лактозу, яка міститься в материнському молоці (в молоці міститься вуглевод лактоза, для розщеплення якої необхідний фермент лактази - прим. Перекл.). Але в міру дорослішання, у більшості людей ген, відповідальний за переробку лактози, відключається. Так, серед дітей, вік яких перевищує сім-вісім років, засвоювати лактозу здатні лише 35%. "Якщо людина, організм якого не переносить лактозу, вип'є півлітра молока, то наслідки будуть неважливі - пронос, а по суті дизентерія. Це не смертельно, але приємного мало", - стверджує Олівер Крейг (Oliver Craig), археолог з Університету Йорка у Великобританії (причиною серйозних проблем з травленням може стати міститься в молоці вуглевод лактоза, а причиною непереносимості лактози є недостатність ферменту лактази - прим. перекл.)

Предки більшості людей, чий організм зберігає здатність засвоювати молоко протягом усього життя, так чи інакше родом з Європи. Мабуть, така здатність їх організму пояснюється тим, що один з нуклеотидів (цитозин), який входить до складу ДНК і розташований поруч з геном лактази, помінявся на інший (тимін). Крім жителів Європи, вироблення лактази в дорослому організмі спостерігається у жителів Західної Африки, Близького Сходу та Південної Азії, однак там, напевно, відбувалися зовсім інші мутації.

Заміна одного нуклеотиду на інший (цитозину на тимін) сталася в Європі порівняно недавно. Вивчивши генетичну варіативність сучасної популяції і склавши комп'ютерну модель, що описує поширення генетичної мутації у стародавніх народів, Марк Томас з співавторами дійшли висновку, що генетичний ознака, що характеризує стійку вироблення лактази і отримав назву LP-аллели, з'явився приблизно 7,5 тисячі років тому у людей, що жили на широких і родючих рівнинах Угорщині.

Сильний ген

Виявилося, що LP-аллель дає важливе селективну перевагу. У 2004 році вчені дійшли висновку, що люди з такою мутацією виробляють на 19% більше плодовитого потомства. Ця перевага допомогло популяції захопити цілий континент буквально через кілька сотень поколінь, але тільки за умови наявності у цієї популяції свіжого молока і молочних продуктів.

Для вивчення історії цієї проблеми, Марк Томас привернув до спільної роботи палеогенетіка Університету Іоганна Гутенберга в Майнці Йоахіма Бюргера (Joachim Burger) і біоархеолога з Університету Йорка Метью Коллінза (Matthew Collins). Вони організували міждисциплінарний проект під назвою LeCHE (Lactase Persistence in the early Cultural History of Europe - "Стійка вироблення лактази в ранній культурної історії Європи"). У проекті взяли участь десятки дослідників з різних країн Європи.

Вивчаючи молекулярну біологію, археологію і хімічний аналіз давньої кераміки, учасники проекту поставили питання про походження сучасних європейців. "Це одна з невирішених проблем археології: чи то нашими предками були землероби, що мігрували з Близького Сходу, чи то корінні мисливці-збирачі", - пояснює Марк Томас. Словом, чи то європейці - це нащадки аборигенів, які зайнялися сільським господарством, чи то на їх місце прийшли хлібороби-колоністи, витіснили місцевих жителів, завдяки перевазі, яке отримав їх організм внаслідок генної мутації, і завдяки новим предметам праці та укладу.

Зрозуміти це можна вивчивши кістки тварин, знайдених під час розкопок. Якщо худобу вирощують в основному для отримання молочних продуктів, то теляти забиваються до його першого дня народження, з тим щоб його мати можна було доїти. Якщо худоба йде на м'ясо, то тваринам дають вирости. (Точно так само чинили з вівцями і козами, які теж брали участь в молочній революції.)

На основі дослідження моделей росту кісток, учасник LeCHE археозоолог Жан-Дені Вінь (Jean-Denis Vigne,) з французького Національного музею природної історії в Парижі, припустив, що молочне тваринництво виникло на Близькому Сході близько 10,5 тисячі років тому, практично в той же самий час, коли люди вперше почали там приручати тварин. Це сталося відразу ж після "неолітичної революції!", Під час якої людські громади переходили від економіки мисливців і збирачів до сільського господарства, заснованому на землеробстві та скотарстві. На думку його колеги, археозоолога з Паризького музею Роз Джілліс (Roz Gillis), молочне господарство могло стати однією з причин, завдяки якій людина почала одомашнювати велика рогата худоба, овець і кіз.

У процесі неолітичної революції молочне тваринництво продовжило поширюватися, пояснює Роз Жілліс. Дослідниця проаналізувала ріст кісток, знайдених на 150 стоянках первісної людини в Європі та Анатолії (сучасна Туреччина). Приблизно за два тисячоліття молочне тваринництво встигло поширитися з Анатолії до Північної Європи слідом за сільським господарством.

Сам по собі той чи інший тип господарства не може сказати про те, як протікав перехід до неоліту в Європі - шляхом еволюції чи заміни одного народу іншим. Інша справа - кістки худоби, в них міститься важлива підказка. Бургер та інші учасники LeCHE виявили, що домашню худобу неолітичних стоянок Європи тісніше пов'язаний з коровами Близького Сходу, а не з місцевими дикими турами. Значить, пастухи привели худобу з собою, а не приручили його на місці. Те ж саме стосується і древньої ДНК людини, виділеної на декількох стоянках Центральної Європи: неолітичні хлібороби не були нащадками мисливців-збирачів, які жили там раніше.

Отримані дані допоможуть вирішити проблему походження перших європейських хліборобів. "Протягом довгого часу представники мейнстріму європейської континентальної археології вважали, що мисливці-збирачі мезоліту перетворилися на хліборобів неоліту, - говорить Бургер. - Однак ми довели, що це були зовсім різні популяції".

Молоко чи м'ясо?

Оскільки виробництво молочних продуктів на Близькому Сході почалося за кілька тисяч років до появи LP-алеля в Європі, то древнім пастухам довелося, кажучи науковою мовою, знайти спосіб зниження концентрації лактози в молоці. І тут, цілком імовірно, на допомогу прийшли сир або йогурт. (У порівнянні зі свіжим молоком, вміст лактози в ферментованих сирах типу фети або Чеддер, невелике, а в зрілих твердих сирах начебто пармезану лактози майже немає.)

Для перевірки гіпотези учасники проекту LeCHE провели хімічний аналіз давньої кераміки. У грубій, пористої глині збереглося досить залишків хімічних речовин, щоб вчені змогли визначити тип жиру, поглиненого в процесі приготування продукту, - тобто зрозуміти, чи був він виділений з м'яса або молока, від корів, овець, кіз чи інших тварин. "Тепер ми вже можемо точно визначити, яку їжу готували в ту епоху", - говорить хімік Річард Евершед (Richard Evershed) з Брістольського університету.

Евершед і його колеги по проекту LeCHE встановили, що молочному жиру на кераміці з Родючого півмісяця (Близький Схід) по украй мірі 8,5 тисячі років. Водночас, в Європі сир з'явився 6800-7400 років тому, стверджує Роффе-Сальков, спираючись на аналіз знайденої в Польщі кераміки. До того часу, продукти на основі молока вже увійшли в раціон людей епохи неоліту, але ще не стали основними.

На наступному етапі "молочної революції" організм людини повинен був навчитися сам стійко виробляти фермент лактази. Генна мутація проходила протягом тривалого часу, перш ніж LP-аллель отримав широке поширення в популяції. Бургер встановив факт мутації в зразках ДНК древньої людини, який жив 6500 років тому на півночі Німеччини. А інший учасник LeCHE фахівець з популяційної генетики Паскаль гербом з Університетського коледжу Лондона, створив модель, яка описала розповсюдження цієї мутації. З'ясувалося, що в міру свого переміщення до Європи, близькосхідні неолітичні технології землеробства і скотарства витіснили аборигенних мисливців-збирачів. Колонізатори-південці просувалися на північ, а разом з ними "дрейфував" LP-аллель.

Стійка вироблення лактази у жителів південної Європи була не настільки поширеним явищем, оскільки неолітичні землероби оселилися в цьому регіоні до появи мутації. Але, у міру просування хліборобів на північ і на захід, ця генна мутація стала переважати, завдяки своїм перевагам. "Разом з бурхливим зростанням населення, стала зростати частота появи LP-алеля", - стверджує герб.

Сліди цього процесу видно і по сей день. Так, в Південній Європі стійка вироблення лактази у дорослих жителів зустрічається відносно рідко - у Греції та Туреччини менше 40%, в той час як у Великобританії і Скандинавії, навпаки, перевищує 90%.

Велика рогата худоба настає

Приблизно 5 тисяч років тому, на рубежі між неолітом і раннім бронзовим століттям, LP-аллель став часто зустрічатися у жителів більшої частини Північної і Центральної Європи, а переважним заняттям став випас худоби. "Люди відкрили для себе новий спосіб життя і стали все активніше займатися скотарством, оскільки отримали для себе реальні переваги в харчовому раціоні", - говорить Бургер. На велику рогату худобу припадає найбільше кісток, знайдених під час розкопок в Центральній та Північній Європі і датуються пізнім неолітом і раннім бронзовим століттям.

Учасники LeCHE поки ще не змогли точно відповісти на питання, чому саме здатність споживати молоко дала перевагу жителям тих регіонів. Марк Томас вважає, що в міру просування людей на північ молоко допомагало рятуватися від голоду; і ще: в холодному кліматі молочні продукти зберігаються довше, плюс до того вони є тим джерелом калорій, який ніяк не залежить від вегетаційного періоду або неврожаїв.

На думку інших дослідників, умовою успіху, особливо на півночі, стало високий вміст в молоці вітаміну D, необхідного для профілактики захворювань типу рахіту. Організм людини здатний синтезувати вітамін D тільки, якщо піддається впливу сонця, якого на півночі замало. Однак дивно, що стійка вироблення лактази спостерігається і в сонячній Іспанії.

Проект LeCHE - приклад міждисциплінарного підходу до археології. "До проекту підключилися різні фахівці - археологи, палеоантропологи, фахівці з давньої та сучасної ДНК і хімічному аналізу. Всі вони зосередилися на одній проблемі, - говорить Айєн Барнс (Ian Barnes), фахівець з палеогенетіке з Лондонського університету, який не бере участі в проекті. - Цей міждисциплінарний підхід ефективний і для дослідження інших змін людського раціону ".

З його допомогою можна, наприклад, спробувати зрозуміти, як людський організм зміг придбати здатність розщеплювати крохмаль за допомогою ферменту амілази. За однією з гіпотез, цей фермент з'явився тоді, коли людина стала все більше і більше вживати зернові культури, завдяки зростанню сільського господарства. Вченим хотілося б також виявити причини тяги людей до алкоголю, а для цього потрібно простежити за еволюцією алкогольдегідрогенази, яка грає ключову роль при розщепленні алкоголю.

Деякі з учасників проекту LeCHE вирішили заглибитися далі в історію людства і заснували проект BEAN ("Зв'язок між європейським і анатолійським неолітом"), щоб простежити шлях перших землеробів і скотарів, що прямували до Європи. За допомогою методів комп'ютерного моделювання та аналізу древніх ДНК вчені хочуть визначити, ким були перші європейські землероби і коли прибули на наш континент. З цією метою нинішнім літом Бургер, Томас та інші приватники проекту BEAN попрямують до Туреччини. А там чекає зустріч з "Беязіт пейніром", солонуватим турецьким сиром з козиного молока, без якого не обходиться жоден турецький сніданок. Бути може, саме цим сиром тамували голод місцеві неолітичні землероби 8000 років тому - задовго до того періоду, коли людський організм навчився стійко виробляти лактазу, що дозволяла у будь-якому віці пити свіже молоко.

Стаття відтворюється з дозволу журналу Nature.

Читайте також: Намети туристичної, гірської, екстремальної полегшеної та екстремальної серії компанії Hannah.

Цікавий факт

Права частина області поширення урагану в Північній півкулі часто має більшу енергію. Вітру, торнадо і штормові хвилі в цій частині тропічного циклону зазвичай сильніше.