Перуанские индейцы лучше усваивают крахмал благодаря картофелю

Новости МирТесен

Американские и перуанские генетики установили, что употребление картофеля в пищу около 10 тысяч лет назад стало причиной значительного эволюционного изменения в геноме аборигенного населения Анд в Южной Америке. Для более эффективного усвоения большого количества крахмала, организм индейцев многократно воспроизводил ген слюнной амилазы AMY1. Согласно результатам исследования, перуанцы на сегодняшний день лидируют в мире по количеству копий этого гена.

Ген AMY1 отвечает за синтез фермента амилазы, который начинает расщеплять сложные углеводы на простые сахара уже в ротовой полости. В геноме человека этот ген представлен не в двух обычных копиях, а в переменном количестве – от двух до двадцати. Количество копий гена в ДНК определяет объем вырабатываемого фермента и скорость переваривания крахмалосодержащих продуктов.

Анды – место, где впервые начали выращивать картофель, и земледелие здесь имеет тысячелетнюю историю. Ученые-генетики давно высказывали предположения о том, что употребление в пищу продуктов с высоким содержанием крахмала (в настоящее время картофель составляет до 54 процентов ежедневного рациона коренных жителей) должно было повлиять на генофонд местного населения. Однако сложная организация соответствующего участка ДНК долгое время препятствовала выявлению этой эволюционной приспособленности.

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, в ходе исследования геномы 3723 человек, представляющих 85 различных мировых популяций, были проанализированы. Для более тщательного сравнения были отобраны образцы ДНК перуанских индейцев кечуа и мексиканских индейцев майя. Эти этнические группы имеют общие корни, однако их развитие происходило в различных средах: предки кечуа занимались одомашниванием картофеля, а предки майя — кукурузы.

Анализ показал, что у коренных жителей Перу (кечуа) и индейцев пима из Северной Америки зафиксировано наибольшее количество копий гена AMY1 среди всех изученных популяций. В среднем у них насчитывается 10 копий, в то время как средний показатель по всему миру – семь. Ученые-генетики выявили определенную генетическую особенность (гаплотип), которая включает в себя пять или более копий гена амилазы.

Согласно математическим моделям, изначально этот многокопийный вариант был нечастым у коренных жителей Южной Америки, его встречаемость составляла примерно два процента. Последующий направленный естественный отбор привел к значительному росту частоты данного гаплотипа среди населения кечуа, до 45 процентов. Это эволюционное изменение началось около десяти тысяч лет назад, что соответствует датировкам археологических находок, связанных с началом одомашнивания картофеля в районе озера Титикака.

У андийцев, наряду с развитием слюнной амилазы, произошла эволюция гена MGAM, который отвечает за выработку фермента, необходимого для дальнейшего расщепления углеводов в кишечнике. Исследователи, авторы научной работы, подчеркивают, что подобное удвоение генов наблюдается и у других видов. В качестве примера они приводят собак, у которых количество копий амилазы значительно увеличилось по сравнению с дикими волками в процессе адаптации к жизни рядом с людьми и питанию их пищей.

У этой генетической адаптации есть и негативные последствия. Высокое содержание амилазы приводит к тому, что крахмал начинает расщепляться на простые сахара уже в полости рта. Это способствует образованию благоприятной среды для развития бактерий: в настоящее время более 85 процентов школьников в Перу страдают от кариеса.

В ходе исследования было установлено, что внезапное изменение питания провоцирует стремительную адаптацию популяции. Для приспособления к измененным условиям эволюция задействует процесс прямого дублирования генетических фрагментов, что позволяет оптимизировать физиологию организма для использования нового источника энергии.