В отличие от нас древние могли жить не хлебом единым

Гены, переданные нам из далекого прошлого, играют ключевую роль в способности человека расщеплять и усваивать углеводы. Однако не все древние виды людей обладали этой способностью, и ученых-генетиков давно интересовало, какие изменения в древней ДНК помогли нам развить эту возможность.

Фото: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Breads_of_Moskovskaya_Oblast._img_011.jpg by Dmitry Makeev

Недавнее исследование, проведенное университетом Буффало и Лабораторией геномной медицины имени Джексона, пролило свет на это явление, связанное с событиями, произошедшими более 800 тысяч лет назад.

Именно тогда ген, необходимый для производства фермента, расщепляющего крахмал в слюне, впервые был дублирован в геноме древнего предка человека. Это стало важнейшим шагом на пути генетических изменений, которые превратили нас в любителей углеводов.

Современные люди несут в себе несколько копий этого гена, называемого геном слюнной амилазы (AMY1). Без его присутствия мы не могли бы расщеплять сложные углеводы еще на этапе жевания. Это необходимый этап, позволяющий усваивать продукты, богатые крахмалом, такие как рис, макароны и хлеб.

"Идея заключается в том, что чем больше генов амилазы у человека, тем больше он может производить фермента и тем эффективнее усваивает крахмал", — отметил ведущий автор исследования профессор кафедры биологических наук университета Буффало Омер Гёкчюмен (Omer Gokcumen).

Амилаза — это фермент, расщепляющий крахмал на глюкозу, и этот процесс, помимо всего прочего, придает углеводным продуктам их вкус. Графическое представление эволюции гена амилазы и его влияния на расщепление сложных углеводов, таких как хлеб и макароны, помогает понять развитие этого механизма.

Исследование проследило за распространением гена AMY1, что оказалось чрезвычайно сложной задачей для ученых. Однако прорывы в генетических технологиях дают новые возможности для решения древних загадок эволюции и изменений в ДНК. Новое исследование, проведенное учеными университета Буффало и Лаборатории Джексона, показало, что самое раннее распространение гена AMY1 произошло более 800 000 лет назад.

Учёные проанализировали геномы 68 древних людей, в том числе 45 000-летний геном, извлечённый из останков, найденных в Сибири. Эти исследования показали, что у древних охотников-собирателей уже было от четырех до восьми копий гена AMY1 на клетку, что означает, что процесс дублирования начался задолго до появления сельского хозяйства. Интересно, что копии AMY1 также были обнаружены в геномах неандертальцев и денисовцев, останки которых относятся к более раннему периоду.

"Это говорит о том, что ген AMY1 мог дублироваться впервые более 800 000 лет назад, задолго до того, как люди отделились от неандертальцев", — заявил генетик Лаборатории Джексона и соавтор исследования Квондо Ким (Kwondo Kim), подчеркивая, насколько новаторскими являются эти открытия.

"Начальные дублирования в наших геномах заложили основу для значительных изменений в области гена амилазы, что позволило человеку адаптироваться к изменениям в диете", — добавил доктор Гёкчюмен.

Эти изменения дали эволюционное преимущество, особенно после появления сельского хозяйства, которое позволило выращивать крахмалистые культуры в изобилии. Исследователи обнаружили, что за последние 4000 лет у европейских фермеров значительно увеличилось среднее количество копий гена AMY1.

Другие исследования, посвященные изменениям в древней ДНК, дали результаты, согласующиеся с последними открытиями. Например, исследование Калифорнийского университета в Беркли показало, что среднее количество копий AMY1 в геномах европейцев увеличилось с четырех до семи за последние 12 тысяч лет.

При этом более ранние исследования доктора Гёкчюмена выявили, что у домашних животных, которые потребляют много крахмала, также больше копий AMY1, чем у тех, кто не питается крахмалом. Это очередное подтверждение связи между сельским хозяйством и увеличением числа копий AMY1.

фото: Dmitry Makeev 

Уточнения

Амила́за (др.-греч. ἄμυλον — крахмал) — фермент, гликозил-гидролаза, расщепляющий крахмал до олигосахаридов, относится к ферментам пищеварения. Расщепляет α-1,4-гликозидную связь. 

Дени́совский человек или дени́совец — вымерший вид людей. Известен по фрагментарному материалу из Денисовой пещеры в Солонешенском районе Алтайского края России.