Картофельный код: как древние жители Анд научились переваривать крахмал лучше всех

Коренные жители перуанских Анд могут переваривать картофель и другие крахмалистые продукты легче, чем кто-либо на планете. К такому выводу пришли учёные в новом исследовании.

Специалисты обнаружили, что у коренных андцев больше копий гена слюнной амилазы — фермента, расщепляющего крахмал, — чем у любой другой популяции в мире. Согласно работе, опубликованной 5 мая в журнале Nature Communications, всплеск числа копий этого гена стал результатом естественного отбора, запущенного одомашниванием картофеля около 10 000 лет назад.

Амилаза, содержащаяся в человеческой слюне, расщепляет сложные углеводы на простые сахара, делая крахмал значительно легче для усвоения. Число копий гена, кодирующего этот фермент, варьируется у разных народов мира, но большее количество копий означает более активную выработку амилазы и, предположительно, лучшее переваривание крахмала.

В среднем у людей на Земле насчитывается семь копий гена амилазы, однако у коренных жителей перуанских Анд их в среднем десять. Исследователи подсчитали, что люди с повышенным числом копий имели на 1,24% больше шансов выжить и оставить потомство, чем их сородичи с меньшим количеством копий.

«Это звучит как небольшая цифра, но на самом деле это «безумно высокое» эволюционное преимущество, которое накапливалось и усиливалось с каждым новым поколением», — пояснил в интервью Live Science соавтор исследования Омер Гёкчумен, профессор биологических наук Университета Буффало.

Вопрос жизни и смерти на картофельной диете
Умение эффективно усваивать крахмал было далеко не просто вопросом комфортного пищеварения. По словам Гёкчумена, мощное преимущество в выживании и размножении говорит о том, что либо значительная часть младенцев не выживала из-за проблемного течения беременности, либо люди с большим количеством копий гена оставляли заметно больше потомства. «Речь шла в прямом смысле о жизни и смерти», — подчеркнул учёный.

Примерно 12 000 лет назад древние обитатели Анд начали вырабатывать целый спектр новых адаптаций, включая способность жить на экстремальной высоте и усваивать новую пищу. Предыдущий анализ геномов перуанцев с коренным южноамериканским происхождением уже выявил следы отбора, затронувшего кишечный фермент для переваривания крахмала. Вероятной причиной стало одомашнивание картофеля ещё 10 000 лет назад. Однако только в 2024 году группа Гёкчумена смогла зафиксировать структурные вариации генов слюнной амилазы у разных популяций, хотя причина этих различий оставалась неясной.

Чтобы докопаться до истины, в новой работе исследователи составили карту числа копий гена слюнной амилазы, используя геномные данные 3 723 человек из 85 популяций мира. Оказалось, что самые высокие средние показатели, помимо перуанских андцев, демонстрируют представители народа акимель-оодхам, проживающего на юге Аризоны и севере Мексики.

Выяснилось, что начиная примерно 10 000 лет назад, коренные андцы с десятью и более копиями гена слюнной амилазы действительно имели на 1,24% больше шансов на выживание и продолжение рода — убедительное доказательство того, что именно естественный отбор поднял число копий гена на такую высоту. У акимель-оодхам выборка оказалась слишком мала, чтобы провести аналогичные тесты на естественный отбор.

Пока остаётся загадкой, какие именно физиологические механизмы дают фору обладателям лишних копий гена. Гёкчумен предполагает, что разгадка кроется в сложном взаимодействии микробиома, метаболизма и иммунной системы. Не исключено, что люди с большим числом копий способны извлекать больше калорий из приготовленного картофеля, что в суровых условиях высокогорья превращалось в решающий фактор выживания. Сейчас его команда ставит эксперименты, призванные прояснить эти связи.

«Это захватывающее и крайне важное исследование, — отметил в письме для Live Science Чарльз Ли, эксперт по геномике человека из Лаборатории Джексона в Коннектикуте, не принимавший участия в работе. — Высокое число копий у народа акимель-оодхам говорит о том, что разные группы коренных американцев могли развить эту особенность независимо друг от друга, в зависимости от традиционного рациона».

Ли добавил, что вариация числа копий гена слюнной амилазы вряд ли является единственным примером адаптивной изменчивости генной структуры: «Это просто лучший из имеющихся у нас на сегодня примеров того, насколько сложно может переплетаться вариация числа копий генов с диетой, культурой и человеческой эволюцией».

Эхо древних огородов в современной ДНК
Открытие перуанских генетиков — ещё одно напоминание о том, что неолитическая революция изменила не только образ жизни человека, но и его биологию на фундаментальном уровне. Если европейцам и азиатам эволюция подарила толерантность к лактозе вместе с одомашниванием молочного скота, то жители Анд получили «суперсилу» по переработке картофеля — культуры, которая и сегодня остаётся основой продовольственной безопасности региона.

То, что аналогичное генетическое приспособление независимо возникло у акимель-оодхам на совершенно иной территории, заставляет задуматься о том, сколько ещё «диетических адаптаций» скрыто в геномах других народов, чья кухня тысячелетиями строилась вокруг местных крахмалистых растений — маниока, батата или таро. Человечество, сам того не осознавая, продолжает носить в слюне отпечаток аграрных побед своих далёких предков.