Молочна революція

mia для розділу статті / 14.09.2013, 11:17 / Джерело

Коли одна генетична мутація дозволила стародавнім європейцям пити молоко, вона підготувала підґрунтя для континентального перевороту.

У 1970-х роках археолог Пітер Богуцкі проводив розкопки стоянки кам’яного віку в родючих рівнинах центральної частини Польщі, коли натрапив на дивні артефакти. Люди, які жили там близько 7 тисяч років тому, були в числі перших фермерів центральної Європи. Від них залишились фрагменти кераміки, всіяні крихітними отворами, як ніби грубу червону глину запікали, простромивши соломою.

Звернувшись до археологічної літератури, Богуцкі знайшов інші зразки стародавньої перфорованої кераміки. «Вони здавались всім настільки незвичайними, що про них майже завжди згадували в публікаціях», — пояснює Богуцкі, який сьогодні працює в Прінстонському університеті. Щось подібне він бачив в будинку свого друга, який використовував схожий посуд для проціджування сиру, тому він припустив, що кераміка може бути пов'язаною із сироварінням. Але довести це не було ніякої можливості.

Черепки зберігали свою таємницю до 2011 року, поки Мелані Роффет-Сальк не проаналізувала жирні залишки, які збереглись в глині. Роффет-Сальк, геохімік з Брістольського університету, знайшла велику кількість молочних жирів — свідчення того, що перші фермери використовували кераміку в якості сит для відділення жирного сухого молока від рідкої сироватки. Це зробило польську реліквію найдавнішим відомим свідоцтвом сироваріння у світі.

Історія молока в Європі — «гаряча» тема. Останнім часом зроблено чимало відкриттів, і багато з них стали можливі завдяки проекту з бюджетом € 3,3 млн., розпочатому у 2009 році. Археологи, хіміки та генетики намагаються зрозуміти, яким чином молочні продукти вплинули на історію континенту.

Під час останнього льодовикового періоду молоко було по суті токсином для дорослих людей, оскільки вони, на відміну від дітей, не могли виробляти фермент лактазу, який потрібен для розщеплення лактози, молочного цукру. Але з виникненням сільського господарства, яке почало замінювати мисливство та збирання на Близькому Сході близько 11 тисяч років тому, скотарі навчились знижувати вміст лактози в молочних продуктах до допустимого рівня шляхом ферментації молока, тобто робили сир та йогурт. Кілька тисяч років потому по Європі поширилась генетична мутація, яка дозволила людям виробляти лактазу і пити молоко протягом усього життя. Ця адаптація відкрила людству нове джерело їжі, яке дозволяло переживати неврожайні роки.

Молочна революція, можливо, стала головним чинником, який допоміг землеробам та скотарям з півдня захопити Європу, витіснивши культури мисливців-збирачів, які жили там протягом тисячоліть. «З археологічної точки зору вони поширились по північній Європі дійсно швидко», — говорить Марк Томас, популяційний генетик з Університетського коледжу Лондона. Ця хвиля еміграції залишила глибокий слід в Європі, де, на відміну від багатьох регіонів світу, більшість людей тепер можуть переносити молоко. «Можливо, значна частина сучасних європейців являється нащадками перших лактозо-стійких молочних фермерів в Європі», — говорить Томас.

Сильні шлунки

Маленькі діти майже повсюдно виробляють лактазу і можуть перетравлювати лактозу в молоці матері. Але в міру дорослішання, у більшості людей ген лактази вимикається. Тільки 35% людської популяції можуть засвоювати лактозу у віці старше семи-восьми років. «Якщо у вас непереносимість лактози, і ви випили півлітра молока, вам світить жахлива діарея — як при дизентерії, — попереджає Олівер Крейг, археолог з Йоркського університету. — Я не кажу, що це смертельно, але досить неприємно».

Більшість людей, які будучи дорослими зберігають здатність перетравлювати молоко, можуть простежити свій родовід до Європи. Ця властивість, ймовірно, пов'язана з заміною одного-єдиного нуклеотиду цитозину, який знаходиться в ДНК недалеко від гена лактази, на тимін. Є й інші осередки «довічного» синтезу лактази: в Західній Африці, на Близькому Сході та в Південній Азії, проте там, ймовірно, це пов'язано з іншими мутаціями.

Заміна одного нуклеотида іншим в Європі відбулась порівняно недавно. Щоб з’ясувати, коли саме, Томас і його колеги вивчали спадкову мінливість в сучасній популяції і провели комп'ютерне симулювання того, як пов'язані генетичні мутації могли поширюватись по стародавньому населенню. Вони припустили, що генетична ознака, яка отримала назву LP-алель (lactase persistence allele, алель збереження лактази) з'явилась близько 7,5 тисяч років тому на широких, родючих рівнинах Угорщини.

Потужний ген

LP-алель стала значною селективною перевагою. У 2004 році дослідники підрахували, що люди з цією мутацією дають до 19% більше плідного потомства, ніж ті, хто її не мав. Таким чином, наявність цього гену стала одним з найвагоміших важелів впливу на відбір серед людських генів. Декілька сотень поколінь — і ця перевага може допомогти популяції захопити цілий континент. Але тільки у випадку постійної наявності свіжого молока і молочних продуктів. Генетика і культура йдуть рука об руку.

Для вивчення історії цієї взаємодії Томас об'єднався з Йоахімом Бургером, палеогенетиком з Університету Іоганна Гутенберга, та Метью Коллінзом, біоархеологом з Йоркського університету. Вони організували міждисциплінарний проект під назвою LeCHE (Lactase Persistence in the early Cultural History of Europe — Персистенція лактази в ранній культурній історії Європи), в якому взяли участь десятки європейських дослідників.

Вивчаючи молекулярну біологію людини, археологію та хімію стародавньої кераміки, учасники LeCHE також сподівались дати відповідь на ключове питання про походження сучасних європейців. «Це стара проблема: чи то нашими предками були фермери, які прийшли з Близького Сходу, чи то корінні мисливці-збирачі», — пояснює Томас. Дискусія зводиться до протиставлення еволюції та заміни. Іншими словами, корінне населення європейських мисливців-збирачів зайнялось землеробством і скотарством або ж вони були витіснені колоністами, які мали в розпорядженні вдалу комбінацію генів і технологій?

Судити про це можна, наприклад, по кістках тварин, знайдених на археологічних об'єктах. Якщо худоба вирощується для молочних продуктів, дитинчат, як правило, забивають до першого ж їх дня народження, щоб матір можна було доїти. Натомість худоба, яка вирощується для м'яса, як правило досягає свого повного розміру.

Дослідивши схеми росту кісток, учасник LeCHE Жан-Дені Вінь, археозоолог з Французького національного музею природничої історії, зміг припустити, що молочне тваринництво виникло на Близькому Сході практично відразу після того, як люди почали приручати тварин, тобто близько 10,5 тисяч років тому. Як раз після неолітичної революції, коли економіка, яка базувалась на мисливстві та збиранні, поступилась сільському господарству. Молочне господарство, за словами Роз Гілліс, ще одного археозоолога з паризького музею, «можливо, навіть стало однією з причин, чому людські популяції почали ловити та розводити жуйних тварин, таких як велика рогата худоба, вівці та кози».

Згодом, разом із неолітичною революцією, молочне тваринництво почало поширюватись, говорить Гілліс, яка досліджувала кістки тварин на 150 стоянках Європи і Анатолії (сучасна Туреччина). Оскільки сільське господарство поширилось з Анатолії до північної Європи приблизно за два тисячоліття, виробництво молочних продуктів крокувало по континенту з тією ж швидкістю.

Самі по собі моделі росту кісток не говорять, відбулась неолітична революція в Європі в процесі еволюції чи заміни, але кістки свійських тварин все одно можуть дати багато цінної інформації. В попередньому дослідженні Бургер і декілька інших учасників LeCHE з’ясували, що домашня худоба неолітичних стоянок Європи тісніше пов'язана з коровами країн Близького Сходу, ніж з місцевими дикими турами. Це вказує на те, що худоба швидше була взята пастухами-іммігрантами з собою, ніж її було приручено на місці. Схожа історія вимальовується з досліджень стародавньої людської ДНК, виділеної на декількох стоянках центральної Європи: швидше за все, неолітичні фермери не були нащадками мисливців-збирачів, які жили там раніше. Загалом, дані говорять про те, що мешканці Європи в мезоліті і неоліті — зовсім різні люди.

Молоко чи м'ясо

Враховуючи те, що виробництво молочних продуктів на Близькому Сході почалось за тисячі років до того, як LP-алель з'явилась в Європі, стародавні пастухи повинні були знайти способи зниження концентрації лактози в молоці. Цілком імовірно, що вони зробили це за рахунок сирів та йогуртів. (Ферментовані сири, такі як фета та чеддер, містять невелику частину лактози, тоді як витримані тверді сири, такі як пармезан, майже її не містять.)

Для перевірки цієї гіпотези дослідники LeCHE проаналізували стародавню кераміку. Груба, пориста глина містила достатньо залишків, щоб хіміки змогли з’ясувати, який саме жир абсорбував посуд в процесі приготування їжі: з м'яса або молока, від жуйних, таких як корови, вівці і кози, або від інших тварин. «Це дало нам шанс сказати, які саме інгредієнти використовувались в приготуванні їжі», — розповідає Річард Евершед, хімік з Брістольського університету.

Евершед і його співробітники з LeCHE з’ясували, що молочному жиру на кераміці з близькосхідного Родючого півмісяця принаймні 8,5 тисяч років, а робота Роффет-Сальк з польською керамікою доводить, що європейські пастухи виробляли сир, щоб урізноманітнити свій раціон, близько 6,8–7,4 тисяч років тому. До того часу молочні продукти стали одним з компонентів дієти епохи неоліту, але ще не отримали домінуючого статусу в економіці.

Наступний крок молочної революції відбувався повільно — потрібно було поширити стійке вироблення лактази серед населення. LP-алель не була достатньо розповсюдженою в популяції протягом деякого часу після її появи: Бургер шукав цю мутацію в зразках ДНК стародавньої людини і знайшов її на півночі Німеччини в останках віком в 6,5 тисяч років.

Моделі, розроблені учасником LeCHE Паскалем Гербо, популяційним генетиком з Університетського коледжу Лондона, пояснюють, як могла поширюватись ця ознака. З розповсюдженням близькосхідних неолітичних культур по Європі, їх землеробські та скотарські технології допомагали їм витісняти місцевих мисливців-збирачів. Жителі півдня наступали на північ, а LP-алель «плила» на хвилі міграції.

В південній Європі персистенція лактази укорінювалась важко, оскільки фермери неоліту оселились там ще до того, як з'явилась ця мутація. Але, з поширенням сільськогосподарського суспільного ладу на північ та захід, перевага, яку забезпечує LP-алель, зіграла велику роль. «Оскільки на краю хвилі населення швидко зростає, алель може збільшуватись в частоті», — пояснює Гербо.

Сліди цього процесу видно і сьогодні. На півдні Європи стійке вироблення лактази зустрічається відносно рідко — у Греції та Туреччині — менш ніж у 40% населення. На Британських островах та в Скандинавії, навпаки, більше 90% дорослих можуть перетравлювати молоко.

Молочна ера

Близько 5 тисяч років тому LP-алель вже була широко розповсюджена на більшій частині північної і центральної Європи, а випасання худоби стало домінуючою частиною культури. Як тільки люди отримували можливість пити молоко, вони відразу ж хапались за цю перевагу. Кістки свійських тварин складають більше двох третин кісток всіх тварин, знайдених на багатьох стоянках пізнього неоліту і раннього бронзового століття в цих регіонах.

Проте дослідники LeCHE все ще намагаються зрозуміти, чому здатність споживати молоко в дорослому віці отримала таку популярність саме в цих регіонах. Томас припускає, що, оскільки люди рушили на північ, молоко могло застрахувати їх від голоду. Молочні продукти, які до того ж краще зберігаються в прохолодному кліматі, являються багатим джерелом калорій, яке не залежить від вегетаційного періоду чи неврожаїв, які на півночі трапляються частіше.

Існує також думка, що молоко могло б допомогти, особливо на півночі, через його відносно високу концентрацію вітаміну D, необхідного для профілактики, наприклад, рахіту. Люди можуть синтезувати вітамін D і самостійно, але лише під впливом сонячного світла, що робить його важкодоступним для жителів півночі протягом зимових місяців. Але персистенція лактази також вкоренилась і в сонячній Іспанії, що ставить під сумнів роль вітаміну D в цьому питанні.

Так чи інакше, проект LeCHE — чудовий приклад того, як можна розгадувати археологічні таємниці, використовуючи різні дисципліни та інструменти. Такий підхід може допомогти, наприклад, з’ясувати походження амілази, ферменту, який допомагає розщеплювати крохмаль. Вчені також хочуть простежити еволюцію алкогольдегідрогенази, яка має вирішальне значення для розщеплення алкоголю і може виявити витоки схильності людства до пияцтва.