Задолго до того, как картофель стал мировым продуктом, коренные народы Анд одомашнили его и сделали основой своего рациона в суровых высокогорьях. Сегодня их потомки в Перу обладают уникальной генетической особенностью — самым высоким в мире количеством копий гена AMY1, отвечающего за переваривание крахмала.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Буффало выяснили, что естественный отбор начал отдавать предпочтение людям с большим числом копий этого гена примерно 6–10 тысяч лет назад — именно тогда, когда в Андах началось выращивание картофеля.
«Высокогорные Анды известны как богатый регион для изучения эволюционной адаптации человека — например, гипоксии, при которой ткани не получают достаточно кислорода, — говорит Эбигейл Бигхэм, доцент кафедры антропологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Это новое исследование подчеркивает, насколько Анды полезны для понимания эволюционной адаптации человека к другим факторам избирательного воздействия окружающей среды, таким как питание».
Ученые собрали образцы ДНК у носителей языка кечуа в Перу и сравнили их с геномными базами данных десятков популяций по всему миру. Оказалось, что у коренных жителей Перу в среднем около 10 копий гена AMY1 — на две-четыре копии больше, чем у любой из 83 других изученных групп.
Для сравнения, у майя из Мексики, которые имеют общее эволюционное происхождение с андийцами, но никогда не выращивали картофель, в среднем всего шесть копий этого гена.
Как это работает? Люди с большим числом копий AMY1 производят больше фермента амилазы в слюне, что позволяет эффективнее расщеплять крахмал. Однако исследователи подчеркивают: предки современных перуанцев не «получили» эти копии после одомашнивания картофеля. Скорее, среди них уже были особи с разным числом копий — от меньшего к большему. Когда картофель стал основой рациона, те, у кого копий было больше, получили эволюционное преимущество.
«Эволюция — это высекание скульптуры, а не строительство здания, — поясняет соавтор исследования Омер Гоккумен, профессор биологических наук из Университета Буффало. — Это не значит, что коренные жители Анд получили дополнительные копии гена AMY1, как только начали есть картофель. Вместо этого те, у кого было меньше копий, со временем исчезли из популяции, возможно, потому что у них было меньше потомства, а те, у кого было больше копий, остались».
Расчеты показывают, что примерно 10 тысяч лет назад особи, имевшие около 10 и более копий гена, обладали преимуществом в выживаемости или размножении в каждом поколении на 1,24%. Это небольшое, но устойчивое преимущество на протяжении тысячелетий привело к закреплению признака в популяции.
Особую сложность для исследования представляла необходимость отделить естественный отбор от эффекта «бутылочного горлышка» — резкого сокращения численности коренного населения Америки после контакта с европейцами в XV веке. Эпидемии, голод и насилие привели к быстрой потере генетического разнообразия. Однако применение новейших технологий секвенирования ДНК и сравнительных наборов данных позволило доказать, что частота большого числа копий гена AMY1 начала расти в Андах за тысячи лет до появления европейцев.
Это исследование — яркий пример того, как культура и питание формируют нашу генетику. Картофель, ставший основой выживания в высокогорьях, буквально изменил ДНК целого народа, создав одну из самых ярких адаптаций в истории человечества.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Изображение: magnific.com
