ОХОТНИКИ-СОБИРАТЕЛИ И ЗЕМЛЕДЕЛЬЦЫ ЮЖНОЙ АМЕРИКИ ОТЛИЧАЮТСЯ «ГЕНОМ ЖАДНОСТИ»

К сегодняшнему дню выявлено более 100 генов, которые подверглись быстрому позитивному отбору именно в связи с культурным давлением, а не с адаптацией к климатическим или каким-то иным природным факторам [Laland 2011]. Немалая часть этих генов связана с режимом питания и прежде всего — с обменом липидов и синтезом холестерина. Вероятно, именно здесь лежит ключ к поиску причин, которые провоцируют многие из так называемых «болезней цивилизации».

В 60-х годах XX века Джеймсом Нилом была сформулирована гипотеза «thrifty genotype», что буквально переводится как «гипотеза жадного генотипа». Согласно ей, в доисторические времена голод и сезонная нехватка пищи были обычным явлением. В этих условиях был выгоден отбор в пользу аллелей, которые обеспечивали переработку богатой жирами животной пищи в энергию с наименьшими потерями. После перехода к земледелию доля животной пищи в рационе человека уменьшилась и преимущество подобных эффективно перерабатывающих животную пищу аллелей стало менее явным. Даже наоборот — выявилась их оборотная сторона: без экстремальных физических затрат неизрасходованный избыток липидов способствовал развитию ожирения, диабета 2 типа и болезни Альцгеймера. А в современности, при нынешнем исключительном обилии пищи и малоподвижном образе жизни, носители древних вариантов аллелей оказываются в зоне риска в наибольшей степени [Neel, 1962].

У данной гипотезы есть свои оппоненты. Так, Дж. Спикман, связывает распространение «жадных аллелей» в человеческих популяциях скорее с локальным дрейфом, чем с целенаправленным отбором [Speakman 2008]. А К. Хейлс и Д. Баркер склонны полагать, что на болезни, свойственные современной цивилизации, влияют столько не гены, сколько сбои в обмене веществ во время раннего постнатального развития. Однако в этом случае могут быть затронуты эпигенетические механизмы, и тогда генная регуляция, пусть и без изменения самих генов, также вносит свою роль [Hales, Barker, 2001]. Но все же большая часть исследований, проведенных в разных регионах мира свидетельствует в пользу реальности гипотезы «жадного генотипа» [Laland 2011,Trotter 2011].

Наиболее интересный регион для изучения различий в распространении «жадных» и «нежадных» аллелей — Южная Америка. Особенность Южной Америки по сравнению с Евразией и Африкой состоит в том, что разнообразие культурно-хозяйственных типов здесь сочетается с общим происхождение всех групп от одной предковой популяции вне зависимости от типа хозяйствования. Хотя в науке существуют и альтернативные представления о нескольких волнах заселения Америки, но данные генетики склоняются к идее о происхождении всех индейцев от единой популяции, обитавшей 25-18 тысяч лет назад между Чукоткой и Аляской [Skoglund 2016]. Изучение разных типов адаптации у потомков одной и той же группы могло бы внести существенный вклад в пользу или против гипотезы «жадного генотипа».

Для проверки модели «жадного генотипа» группа бразильских исследователей под руководством Марии Катира Бортолони и Гильермо Реалеса из Федерального университета Рио-Гранде-де-сул изучила 17 индейских популяций южноамериканского континента. Часть популяций занималась присваивающим хозяйством, часть — производящим. В выборку вошли охотники-собиратели из Бразилии (апалаи, гавиао, гуарани, жамамади, суруи, ваи-ваи, зоро), Парагвая (ленгуа) и тропических низовий восточного Перу (андоа). Почти эти все эти группы — обитатели тропических дождевых лесов, только ленгуа — жители тропических редколесий зоны Чако, а гуарани — бразильских cаванн.

Апалаи

Гуарани

Суруи

Ваи-ваи

Ленгуа

Андоа

Популяции с производящим хозяйством представлены земледельцами и животноводами (заводчиками лам и альпак) перуанских высокогорий: кечуа, аймара, амантани, анапиа, кабанаконде, чивай, такуиле, янку.

Кечуа

Аймара

Амантани

Анапиа

Кабанаконде

Такуиле

Также в выборку были включены рыболовы озера Титикака — урос-чипайа, которые живут на искусственных плавучих островах из тростника.

Урос-чипайа

Для анализа в популяциях земледельцев и охотников-собирателей Южной Америки были выбраны 5 генов, связанных с метаболизмом: APOE, APOA2, CD36, TCF7L2, IGF2BP2.

Ген APOE кодирует аполипопротеин E, который играет центральную роль в транспорте холестерина и липидов. Он обладает важными полиморфными локусами —rs429358 и rs7412. В локусе rs429358 существует два аллеля, которые отличаются заменой C/T (цитозина на тимин) и определяют замену аминокислот аргинина на цистеин в белковом продукте гена позиции 130. В локусе rs7412 существует два аллеля, которые отличаются заменой C/T (цитозина на тимин) и определяют замену аминокислот аргинина на цистеин в белковом продукте гена в позиции 176. Сочетание разных аллелей определяет три гаплотипа: E4, E3, E2. Они кодируют отличающиеся по своей активности изоформы данного белка. Гаплотип E2 приводит к снижению уровня липопротеинов низкой плотности и холестерола в плазме крови. Гаплотип E4, наоборот, вызывает снижение уровня липопротеинов низкой плотности и холестерола в плазме крови, повышая риск развития атеросклероза и болезни Альцгеймера. Гаплотип E3 связан со средними значениями этих показателей.

Ген APOA2 кодирует пептидную часть аполипопротеина A-II. Это второй по распространенности компонент среди липопротеинов высокой плотности. Он связан с ожирением и резистентностью (невосприимчивостью) клеток к гормону инсулина. У этого гена физиологически значимым является полиморфизм в локусе rs5082, который находится в промоторе данного гена. Замена A>G (аденина на гуанин) приводит к более низкому уровню транскрипции (меньшей активностью синтеза белка с данного гена). Установлено, что малоактивный аллель способствует меньшему диаметру обхвата талии.

Продукт гена CD36 — мембранный рецептор, который связан с внутриклеточным транспортом длинноцепочечных жирных кислот и окисленных форм липопoпротеинов низкой плотности. Он влияет на расщепление липидов в мышечной ткани и всасывание липидов в кишечнике. Этот ген играет важную роль в развитии атеросклероза, ожирения и устойчивости к малярии.

Ген TCF7L2 — это «ген, регулирующий гены», он кодирует транскрипционный фактор, который является компонентом пути Wnt. Известно влияние разных аллелей этого гена на развитие сахарного диабета 2 типа.

Продукт гена IGF2BP2 связывается с мРНК белка инсулинподобного фактора роста IGF2. Полиморфный локус rs11705701 имеет два аллеля, которые отличаются однонуклеотидной заменой аденина на гуанин. Адениновой аллель в локусе связан с более высоким риском развития диабета второго типа и увеличения доли жировой массы тела.

В результате исследования между популяциями земледельцев и популяциями охотников-собирателей были обнаружены отличия в частоте разных гаплотипов гена APOE. В южноамериканских группах, которые занимаются присваивающим хозяйством, заметно выше доля «жадного гаплотипа» E4. Если у земледельцев Анд его частота колеблется от 2 до 5%, то у охотников-собирателей Амазонии и тропических редколесий он встречается с частотой от 12% до 56%. В этом отношении охотники-собиратели Южной Америки схожи с охотниками-собирателями из других регионов мира. Гаплотип E4 также имеет повышенную частоту у пигмеев (41%), койсанов Южной Африки, охотников-собирателей Малакки (24%), австралийских аборигенов (26%) и среди папуасских популяциях охотников-собирателей (37%) [Trotter 2011].

Гаплотип E2, связанный с низкой концентрацией уровня липопротеинов низкой плотности и холестерола в плазме крови, наоборот, оказался крайне редок у населения, занимающегося присваивающим хозяйством. Исключением является только популяция гавиао, где он имеет заметную частоту, хотя из-за малочисленной выборки данных по этому народу эти выводы могут быть недостоверны. В других популяциях он был либо обнаружен лишь у отдельных индивидов (у апали и гуарани), либо полностью отсутствует.

Гаплотип E3, связанный с медианными значениями липопротеинов низкой плотности и холестерола, который преобладает в большинстве популяций мира, доминирует по частоте и среди южноамериканских охотников и собирателей. Но если у земледельцев Анд он составляет 98-94% генофонда, тот у жителей Амазонии, занимающихся присваивающим хозяйством, его частота составляет от 80 до 40% процентов. Он отдает свою долю в генофонде «жадному гаплотипу» E4.

Частота гаплотипов E2, E3, E4 гена APOE (правая часть таблицы)
и гомо- и гетерозиготных генотипов (левая часть таблицы)
в популяциях южноамериканских индейцев

В популяциях охотников и собирателей была выявлена высокая частота встречаемости гена CD36TT. Однако это может быть связано не только с типом диеты, но и с иммунологическим селективным давлением и отбором, направленным против паразитов. Не исключена и возможность отбора одновременно по двум направлениям. Кроме того, низкокалорийное питание в условиях тропических дождевых лесов требует отбора в отношении этого локуса для освоения липопротеинов низкой плотности.

Также исследователями были выявлены межгенные взаимодействия в изученной группе генов: они смогли проследить две специфичные комбинации, характерные для групп с определенным образом жизни. С охотниками-собирателями связаны комбинация аллеля E4, гена APOE и аллеля A IGF2BP2 и комбинация аллеля E4, гена APOE и гомозигот по T аллелю (TT) гена CD36. Вдвойне интересно, что эти сочетания аллелей не обнаружены в древних геномах охотников-собирателей эпохи палеолита из могильника Анцик-1 культуры Кловис, связанной с ранними обитателями Северной Америки (12500 лет), с восточносибирской стоянки Мальта в Прибайкалье (24000 лет) и из Усть-Ишима на юге Западной Сибири (45000 лет). Они равным образом не обнаружены и в палеоэскимосском могильнике культуры Саккак в Гренландии, датирующемся III тыс. до н. э., где стоило бы ожидать очень высокого давления отбора в сторону адаптивных аллелей и комбинаций «генов жадности». Не выявлены эти комбинации и в геномах неандертальцев и денисовцев.

Итак, можно сделать вывод, что на южноамериканском континенте адаптация популяций к разным типам хозяйства и разным типам питания происходила в согласии с моделью «жадного генотипа». «Жадные аллели» преобладают у охотников-собирателей Амазонии и тропических редколесий, присутствуя с заметно меньшей долей в генофонде земледельцев Анд. Населению Южной Америки свойственны как универсальные закономерности, характерные для других популяций мира (например, в случае отбора против разных гаплотипов гена APOE), так и специфичные черты, уникальные для данного региона (такие как отбор в пользу некоторых межгенных сочетаний аллелей APOE и IGF2BP2, а также APOE и CD36).

Написано по материалам публикации Reales G, Rovaris DL, Jacovas VC, Hünemeier T, Sandoval JR, Salazar-Granara A, Demarchi DA, Tarazona-Santos E, Felkl AB, Serafini MA, Salzano FM, Bisso-Machado R, Comas D, Paixão-Côrtes VR, Bortolini MC. A tale of agriculturalists and hunter-gatherers: Exploring the thrifty genotype hypothesis in native South Americans // American journal of physical anthropology. — 2017 May 2 — [Epub ahead of print]

Использованная литература

• Hales, C. N., & Barker, D. J. The thrifty phenotype hypothesis // British Medical Bulletin 60, № 5 (2001).

• Laland, K. N., Odling-Smee, J., Myles S. How culture shaped the human genome: bringing genetics and the human sciences together // Nature Reviews Genetics 11 (2010). — P. 137–148.

• Neel, J. V. Diabetes mellitus: A «thrifty» genotype rendered detrimental by «progress»? // American Journal of Human Genetics 14 (1962). — P. 353–362.

• Skoglund P, Mallick S, Bortolini MC, Chennagiri N, et al. Genetic evidence for two founding populations of the Americas // Nature 525 ( 2015). — P. 104-108.

• Speakman, J. R. Thrifty genes for obesity, an attractive but flawed idea, and an alternative perspective: the «drifty gene» hypothesis // International Journal of Obesity 32 (2208). — P. 1611–1617.

• Trotter, J. H., Liebl, A. L., Weeber, E. J., & Martin, L. B. Linking ecological immunology and evolutionary medicine: The case for apolipoprotein E // Functional Ecology 25 (2011). — P. 40.