http://antropogenez.ru/single-news/article/443/
Как часто приходится слышать, что наши проблемы со здоровьем – следствие неправильного образа жизни! А что это значит с точки зрения эволюции? Это значит, что те условия, в которые поставлен современный человек, сформировались недавно, и наш организм не успел к ним адаптироваться. Например, сладости для наших предков были в дефиците, поэтому человеческий организм заточен на эффективное усвоение сахара, а также на то, чтобы запасать его впрок. Сейчас человек получает сахар с пищей в огромном количестве – но наш геном этого не знает! В итоге – ожирение, диабет и гипертония.
Но сейчас разговор о другой вредной привычке – о тяге к алкоголю. Говоря научным языком, пищевой этанол – причина кучи неприятностей, объединяемых под сомнительной вывеской «алкоголизм». Пьянство – проблема многих современных обществ. Вопрос: как давно человек живет с этой проблемой? Когда наши предки научились усваивать этанол? Ведь для многих животных это настоящий яд…
Согласно одной из моделей, человек столкнулся со значительным количеством этанола только тогда, когда появились запасы пищи (с развитием сельского хозяйства), а уже затем – люди научились управлять процессом брожения. И произошло это всего каких-то 9 тысяч лет назад. В таком случае, алкоголизм – действительно следствие недостаточной приспособленности человеческого организма. Известно, что некоторые люди вообще не переносят алкоголь, причем это заложено генетически. У них такие варианты ферментов, что этанол быстро превращается в токсичный ацетальдегид, а тот выводится из организма медленно. Вследствие накопления ацетальдегида и возникает сильная головная боль, тошнота и прочие неприятности (см. подробней здесь). О чем это говорит? Как раз о ранней стадии адаптации! – говорят сторонники «молодой» модели.
В альтернативной, «древней» модели, наше пристрастие к этанолу берет начало с самых истоков отряда приматов, с мелового периода. В ту далекую эпоху покрытосеменные растения как раз обзавелись сочными плодами, которые могли инфицироваться дрожжевыми грибами, бродить и накапливать этанол. В небольших количествах этанол встречался даже в фруктах, еще висевших на ветвях деревьев. Плоды «с градусом» оказались свободным ресурсом, который был недоступен животным, не переносившим алкоголь. И лишь через десятки миллионов лет, когда появились напитки с высоким содержанием алкоголя, способность гоминид усваивать этанол нам «аукнулась».
Недавно группа исследователей решила проверить, какая из гипотез верна, и методами палеогенетики восстановила эволюцию фермента алкогольдегидрогеназы Класса IV (ADH4).
ADH4 - первый пищеварительный фермент, с которым встречается этанол в нашем организме. Именно окисление алкоголя с помощью ADH4 является начальным этапом его усвоения.
Сравнивая генетические последовательности, кодирующие ADH4 у современных обезьян, исследователи реконструировали предковые варианты генов. Фактически, было построено эволюционное дерево, охватывающее весь отряд приматов, начиная от тупай и заканчивая человеком, на глубину в 70 млн. лет. Затем по полученным последовательностям ученые синтезировали соответствующие протеины и изучили их свойства.
Каковы результаты?
Почти все полученные ADH4 ферменты не взаимодействуют с этанолом! Большинство современных и вымерших приматов явно были трезвенниками. Они могли, однако, усваивать другие спирты, например гераниол, который в изобилии содержится в листьях растений.
Последний общий предок человека и орангутана (который жил, по оценкам генетиков, не менее 13 миллионов лет назад), на дух не переносил этанол.
Однако после отделения орангутана от линии, ведущей к человеку, ситуация резко изменилась.
У общего предка горилл, шимпанзе и человека (жившего более 10 миллионов лет назад; его обозначают HCGs – Homo-Chimp-Gorillas) фермент изменился так, что стал способен окислять этанол в 40 раз лучше!
Этого вполне достаточно, чтобы усваивать алкоголь в тех количествах, в которых он содержится в перебродивших фруктах.
Точно так же работает этот фермент у современных горилл, шимпанзе (обыкновенного и карликового) и у человека. Резкое увеличение каталитической активности ADH4 произошло в результате единственной мутации - замены аминокислоты в позиции 294.
Не все приматы, кроме человека, шимпанзе и горилл, вели трезвый образ жизни. В их рядах есть еще один отщепенец – это мадагаскарская руконожка ай-ай. Причем в гене, кодирующем ADH4, у нее такая же точно замена в 294-й позиции, как и у нас! (вывод: мы явно произошли от руконожек…)
А вот у верветки с острова Сент-Китс, Карибы (обезьянок завезли туда люди), наоборот, обнаружено резкое падение и без того низкой активности фермента по отношению к этанолу. Для этих обезьянок-трезвениц этанол – страшный яд!
Получается промежуточный вариант гипотезы: не то чтобы люто древняя – всё-таки не мезозойская! – но уж никак не молодая адаптация. Конечно, есть вероятность, что поначалу, у нашего общего предка с шимпанзе и гориллами изменение фермента еще не имело полезной функции. Быть может, способность усваивать этанол была «преадаптацией», которая стала важной гораздо позже.
Однако, учитывая, что мутация закрепилась, вероятней другой сценарий. По дате это событие примерно совпадает с началом миоценового похолодания. Как вы знаете, климатический сдвиг привел в Восточной Африке к сокращению лесов. На смену им пришли редколесья и лесостепи, и всё это сопровождалось волной вымираний, затронувшей и древних человекообразных. Действительно, находки их останков в Восточной Африке, относящиеся к среднему миоцену, весьма редки по отношению к предыдущей эпохе.
Вероятно, как раз в это время часть древних гоминоидов перешла в новую экологическую нишу – так сказать, спустилась с деревьев на грешную землю… где валялось множество подгнивших плодов. Не пропадать же добру!
В самом деле, человекообразные раннего и среднего миоцена, такие как проконсул или Nacholapithecus – судя по особенностям скелета, явно древесные существа. А чуть позже, у какого-нибудь Кениапитека, уже есть адаптации к хождению на костяшках пальцев, как у современных шимпанзе и горилл – значит, эта обезьяна уже много времени проводила на земле.
Так что мутация, позволяющая усваивать этанол, оказалась как нельзя кстати.
Интересно, что у других наземных приматов – павианов – такой мутации не произошло. Однако у павианов немного другой рацион, состоящий в основном из листьев и корешков. В саванне, где они обитают, фрукты встречаются редко.
Наблюдения за современными мартышковыми показали, что они даже в периоды нехватки пищи не прикасаются к перезрелым забродившим фруктам, предпочитая незрелые плоды. Так же ведут себя гиббоны и орангутаны, которые, помимо этого, запасают жир на голодный день.
Так что никто не покушался на ресурс, до которого 10 миллионов лет назад дорвались африканские гоминоиды. И пошло – поехало.
Проявляется ли тяга к этанолу в поведении современных шимпанзе и горилл?
По идее, следуя предложенной модели, они должны бы в условиях дефицита пропитания налегать на опавшие перебродившие плоды. Увы – сетуют исследователи – помимо нескольких сомнительных баек, наблюдений такого поведения пока крайне мало. Авторы статьи, правда, приводят сообщение о неком шимпанзе – пьянчужке из Гвинеи, регулярно выпивавшем пальмовое вино из емкостей, развешиваемых людьми на деревьях.
Что касается замечательной руконожки ай-ай – нашего собрата по этанолу, то ее эволюция плоховато изучена. Однако известно, что руконожки любят древесные плоды и нектар, так что их дружба с этанолом вполне объяснима.
Конечно – заключают авторы – ADH4 лишь один из компонентов сложного процесса усвоения этанола. Впереди – изучение других ферментов и их эволюции у приматов.
Поможет ли это знание человечеству в борьбе с алкоголизмом? Вопрос…
Отрезвляющий комментарий известного генетика, д.б.н. Светланы Александровны Боринской:
При исследовании алкогольдегидрогеназ в первую очередь рассуждают о том, как они влияют на прием экзогенного этанола, то есть выпитого или съеденного с подбродившими фруктами. А ведь эти ферменты выполняют важные "внутренние" функции - они участвуют в метаболизме ретинола (витамина А), дофамина и серотонина (известных своим участием в передаче нервных импульсов, но в значительной мере синтезирующихся не только в мозге, но и в других тканях, например, в кишечнике) и иных веществ. Возможно, через некоторое время появятся статьи, рассматривающие изменения их метаболизма в эволюции высших приматов, и тогда роль возросшей активности алкогольдегидрогеназ в антропогенезе получит совсем другое понимание, вполне трезвое.
Источник:
- Matthew A. Carrigana et al. Hominids adapted to metabolize ethanol long before human-directed fermentation // PNAS December 1, 2014 http://www.pnas.org/content/early/2014/11/26/1404167111
Как это случилось?… С чего всё началось? (Источник фото: http://europe.chinadaily.com.cn/)
Дерево эволюции фермента ADH4. Красным выделены ветви, в которых произошло увеличение активности фермента по отношению к этанолу. Иллюстрация из обсуждаемой статьи.
Руконожка ай-ай. Наш брат по алкоголю... Источник: http://www.zsl.org/
Верветка. Наш брат по трезвости... Источник: Википедия
Комментариев нет:
Отправить комментарий