Почему человек может пить молоко? ("Scientific American", США)

Как-то в 1970 году на плодородной равнине центральной Польши археолог Питер Богуцки (Peter Bogucki) проводил раскопки на одном из поселений эпохи каменного века. И вдруг он случайно обнаружил какие-то древние осколки керамики, очень странные. Люди, жившие около 7 тысяч лет назад в районе этой древней стоянки, принадлежали к первым земледельцам Центральной Европы. После себя они оставили фрагменты керамики, на которых имелось большое количество маленьких отверстий, будто кто-то специально прокалывал их в глине при помощи соломинки.

Покопавшись в литературе по археологии, Питер Богуцки узнал, что подобные образцы древней дырчатой керамики находили и раньше. «Они были настолько необычны, что об этом ученые сообщали почти всегда», – поясняет Богуцки, который в настоящее время работает в Принстонском университете в Нью-Джерси. Точно такие же дырчатые предметы он увидел в доме у своего друга, который использовал их для производства сыра. Поэтому Богуцки предположил, что дырчатая керамика древности как-то связана с сыроделием. Правда, эту свою гипотезу он не смог проверить и потому отложил исследования таинственных керамических черепков. 

В 2011 году ими занялась геохимик Мелани Роффе-Сальк (Mélanie Roffet-Salque) из Бристольского университета Великобритании. Проанализировав химический состав остатков налета, оставшегося на древнем керамическом сите, Роффе-Сальк обнаружила следы молочных жиров. Значит, древние земледельцы использовали эти керамические сита для того, чтобы отделить твердую фракцию (творог) от жидкой пахты. Получается, что керамические находки, обнаруженные в Польше, – это древнейшее из найденных доказательств, свидетельствующее о сыроделии.

Изыскания Роффе-Сальк – это лишь одно из многих открытий, касающихся истории распространения молока в Европе. Многие из этих открытий были сделаны в рамках проекта стоимостью 3,3 млн. евро, стартовавшего в 2009 году. К проекту подключились археологи, химики, генетики. Выводы ученых помогли глубже понять ту роль, которую играли молочные продукты при освоении человеком нашего континента.

Отметим интересный факт: для древнего человека, жившего во время последнего ледникового периода, а точнее для взрослых особей, молоко было, по сути, токсином, ядом, поскольку организм взрослых людей того времени не мог вырабатывать специальный фермент – лактозу, или по-другому «молочный сахар», который необходим для усваивания молока. Но затем на Ближнем Востоке около 11 тысяч лет назад на смену охотникам-собирателям стали приходить земледельцы-скотоводы, которые научились снижать содержание лактозы в молочных продуктах до допустимого уровня путем ферментации молока – так появились сыр и йогурт. 

В результате несколько тысячелетий спустя в генах европейцев произошла генетическая мутация, позволившая человеческому организму вырабатывать лактозу. Теперь люди могли пить молоко на протяжении всей жизни человека. Произошла генная мутация. С ее помощью человечество открыло для себя новый богатый источник пищи, который позволял накормить людей в неурожайные годы, – молоко.

«Молочная революция» проходила в два этапа. Скорее всего, она явилась главным фактором, в результате которого группы древних земледельцев и скотоводов начали продвигаться с юга на север Европы, вытесняя охотников-собирателей, живших там на протяжении тысячелетий. «С точки зрения археологии, они очень быстро распространились по Северной Европе», – говорит Марк Томас (Mark Thomas), специалист в области популяционной генетики из Университетского колледжа Лондона. Эта древняя волна эмиграции очень сильно повлияла на европейцев, ведь сегодня большинство из них, в отличие от жителей многих других регионов мира, могут пить молоко без всякого вреда. «Большинство современных жителей Европы – это потомки тех древних людей, которые занимались производством молочных продуктов, а их организм стал устойчиво вырабатывать лактозу», – подытоживает Марк Томас.

 

Крепкие желудки

 

Организм почти всех грудных детей способен вырабатывать лактазу и переваривать лактозу, которая содержится в материнском молоке (в молоке содержится углевод лактоза, для расщепления которой необходим фермент лактаза – прим. перев.). Но по мере взросления, у большинства людей ген, ответственный за переработку лактозы, отключается. Так, среди детей, возраст которых превышает семь-восемь лет, усваивать лактозу способны лишь 35%. «Если человек, организм которого не переносит лактозу, выпьет пол-литра молока, то последствия будут неважные – понос, а по сути дизентерия. Это не смертельно, но приятного мало», – утверждает Оливер Крейг (Oliver Craig), археолог из Университета Йорка в Великобритании (причиной серьезных проблем с пищеварением может стать содержащийся в молоке углевод лактоза, а причиной непереносимости лактозы является недостаточность фермента лактазы – прим. перев.)

Предки большинства людей, чей организм сохраняет способность усваивать молоко на протяжении всей жизни, так или иначе родом из Европы. По-видимому, такая способность их организма объясняется тем, что один из нуклеотидов (цитозин), который входит в состав ДНК и расположен рядом с геном лактазы, поменялся на другой (тимин). Кроме жителей Европы, выработка лактазы во взрослом организме наблюдается у жителей Западной Африки, Ближнего Востока и Южной Азии, однако там, наверное, происходили совсем другие мутации. 

Замена одного нуклеотида на другой (цитозина на тимин) произошла в Европе сравнительно недавно. Изучив генетическую вариативность современной популяции и составив компьютерную модель, описывающую распространение генетической мутации у древних народов, Марк Томас с соавторами пришли к выводу, что генетический признак, характеризующий устойчивую выработку лактазы и получивший название LP-аллели, появился примерно 7,5 тысячи лет назад у людей, живших на широких и плодородных равнинах Венгрии.

 

Сильный ген

 

Оказалось, что LP-аллель дает важное селективное преимущество. В 2004 году ученые пришли к выводу, что люди с такой мутацией производят на 19% больше плодовитого потомства. Это преимущество помогло популяции захватить целый континент буквально через несколько сотен поколений, но только при условии наличия у этой популяции свежего молока и молочных продуктов. 

Для изучения истории этой проблемы, Марк Томас привлек к совместной работе палеогенетика Университета Иоганна Гутенберга в Майнце Иоахима Бюргера (Joachim Burger) и биоархеолога из Университета Йорка Мэтью Коллинза (Matthew Collins). Они организовали междисциплинарный проект под названием LeCHE (Lactase Persistence in the early Cultural History of Europe – «Устойчивая выработка лактазы в ранней культурной истории Европы»). В проекте приняли участие десятки исследователей из разных стран Европы.

Изучая молекулярную биологию, археологию и химический анализ древней керамики, участники проекта поставили вопрос о происхождении современных европейцев. «Это одна из нерешенных проблем археологии: то ли нашими предками были земледельцы, мигрировавшие с Ближнего Востока, то ли коренные охотники-собиратели», – поясняет Марк Томас. Словом, то ли европейцы – это потомки аборигенов, занявшихся сельским хозяйством, то ли на их место пришли земледельцы-колонисты, вытеснившие местных жителей, благодаря преимуществу, которое получил их организм в результате генной мутации, и благодаря новым предметам труда и укладу.

Понять это можно изучив кости животных, найденных во время раскопок. Если скот выращивают в основном для получения молочных продуктов, то теленка забиваются до его первого дня рождения, с тем чтобы его мать можно было доить. Если скот идет на мясо, то животным дают вырасти. (Точно так же поступали с овцами и козами, которые тоже принимали участие в молочной революции.)

На основе исследования моделей роста костей, участник LeCHE археозоолог Жан-Дени Винь (Jean-Denis Vigne,) из французского Национального музея естественной истории в Париже, предположил, что молочное животноводство возникло на Ближнем Востоке около 10,5 тысячи лет назад, практически в то же самое время, когда люди впервые начали там приручать животных. Это произошло сразу же после «неолитической революции!», во время которой человеческие общины переходили от экономики охотников и собирателей к сельскому хозяйству, основанному на земледелии и скотоводстве. По мнению его коллеги, археозоолога из Парижского музея Роз Джиллис (Roz Gillis), молочное хозяйство могло стать одной из причин, благодаря которой человек начал одомашнивать крупный рогатый скот, овец и коз. 

В процессе неолитической революции молочное животноводство продолжило распространяться, поясняет Роз Жиллис. Исследовательница проанализировала рост костей, найденных на 150 стоянках первобытного человека в Европе и Анатолии (современная Турция). Примерно за два тысячелетия молочное животноводство успело распространиться из Анатолии в Северную Европу вслед за сельским хозяйством.

Сам по себе тот или иной тип хозяйства не может сказать о том, как протекал переход к неолиту в Европе – путем эволюции или замены одного народа другим. Другое дело – кости скота, в них содержится важная подсказка. Бургер и другие участники LeCHE обнаружили, что домашний скот неолитических стоянок Европы теснее связан с коровами Ближнего Востока, а не с местными дикими турами. Значит, пастухи привели скот с собой, а не приручили его на месте. То же самое касается и древней ДНК человека, выделенной на нескольких стоянках Центральной Европы: неолитические земледельцы не были потомками охотников-собирателей, которые жили там раньше.

Полученные данные помогут решить проблему происхождения первых европейских земледельцев. «На протяжении долгого времени представители мейнстрима европейской континентальной археологии полагали, что охотники-собиратели мезолита превратились в земледельцев неолита, – говорит Бургер. – Однако мы доказали, что это были совершенно разные популяции».

 

Молоко или мясо?

 

Поскольку производство молочных продуктов на Ближнем Востоке началось за несколько тысяч лет до появления LP-аллеля в Европе, то древним пастухам пришлось, говоря научным языком, найти способ снижения концентрации лактозы в молоке. И здесь, вполне вероятно, на помощь пришли сыр или йогурт. (По сравнению со свежим молоком, содержание лактозы в ферментированных сырах типа феты или чеддера, небольшое, а в зрелых твердых сырах вроде пармезана лактозы почти нет.)

Для проверки гипотезы участники проекта LeCHE провели химический анализ древней керамики. В грубой, пористой глине сохранилось достаточно остатков химических веществ, чтобы ученые смогли определить тип жира, поглощенного в процессе приготовления продукта, – т.е. понять, был ли он выделен из мяса или молока, от коров, овец, коз или других животных. «Теперь мы уже можем точно определить, какую пищу готовили в ту эпоху», – говорит химик Ричард Эвершед (Richard Evershed) из Бристольского университета.

Эвершед и его коллеги по проекту LeCHE установили, что молочному жиру на керамике из Плодородного полумесяца (Ближний Восток) по крайне мере 8,5 тысячи лет. В то же время, в Европе сыр появился 6800-7400 лет назад, утверждает Роффе-Сальк, опираясь на анализ найденной в Польше керамики. К тому времени, продукты на основе молока уже вошли в рацион людей эпохи неолита, но еще не стали основными.

На следующем этапе «молочной революции» организм человека должен был научиться сам устойчиво вырабатывать фермент лактазу. Генная мутация проходила в течение длительного времени, прежде чем LP-аллель получил широкое распространение в популяции. Бургер установил факт мутации в образцах ДНК древнего человека, который жил 6500 лет назад на севере Германии. А другой участник LeCHE специалист по популяционной генетике Паскаль Гербо из Университетского колледжа Лондона, создал модель, которая описала распространение этой мутации. Выяснилось, что по мере своего перемещения в Европу, ближневосточные неолитические технологии земледелия и скотоводства вытеснили аборигенных охотников-собирателей. Колонизаторы-южане продвигались на север, а вместе с ними «дрейфовал» LP-аллель.

Устойчивая выработка лактазы у жителей южной Европы была не столь распространенным явлением, поскольку неолитические земледельцы поселились в этом регионе до появления мутации. Но, по мере продвижения земледельцев на север и на запад, эта генная мутация стала преобладать, благодаря своим преимуществам. «Вместе с бурным ростом населения, стала возрастать частота появления LP-аллеля», – утверждает Гербо.

Следы этого процесса видны и по сей день. Так, в Южной Европе устойчивая выработка лактазы у взрослых жителей встречается относительно редко – в Греции и Турции менее 40%, в то время как в Великобритании и Скандинавии, напротив, превышает 90%.

 

Крупный рогатый скот наступает

 

Примерно 5 тысяч лет назад, на рубеже между неолитом и ранним бронзовым веком, LP-аллель стал часто встречаться у жителей большей части Северной и Центральной Европы, а преобладающим занятием стал выпас скота. «Люди открыли для себя новый образ жизни и стали все активнее заниматься скотоводством, поскольку получили для себя реальные преимущества в пищевом рационе», – говорит Бургер. На крупный рогатый скот приходится больше всего костей, найденных во время раскопок в Центральной и Северной Европе и датируемых поздним неолитом и ранним бронзовым веком.

Участники LeCHE пока еще не смогли точно ответить на вопрос, почему именно способность потреблять молоко дала преимущество жителям тех регионов. Марк Томас полагает, что по мере продвижения людей на север молоко помогало спасаться от голода; и еще: в холодном климате молочные продукты хранятся дольше, плюс к тому они являются тем источником калорий, который никак не зависит от вегетационного периода или неурожаев.

По мнению других исследователей, условием успеха, особенно на севере, явилось высокое содержание в молоке витамина D, необходимого для профилактики заболеваний типа рахита. Организм человека способен синтезировать витамин D только, если подвергается воздействию солнца, которого на севере маловато. Однако странно, что устойчивая выработка лактазы наблюдается и в солнечной Испании.

Проект LeCHE – пример междисциплинарного подхода к археологии. «К проекту подключились различные специалисты – археологи, палеоантропологи, специалисты по древней и современной ДНК и химическому анализу. Все они сосредоточились на одной проблеме, – говорит Айен Барнс (Ian Barnes), специалист по палеогенетике из Лондонского университета, который не участвует в проекте. – Этот междисциплинарный подход эффективен и для исследования других изменений человеческого рациона».

С его помощью можно, например, попытаться понять, как человеческий организм смог приобрести способность расщеплять крахмал с помощью фермента амилазы. По одной из гипотез, данный фермент появился тогда, когда человек стал все больше и больше употреблять зерновые культуры, благодаря росту сельского хозяйства. Ученым хотелось бы также выявить причины тяги людей к алкоголю, а для этого нужно проследить за эволюцией алкогольдегидрогеназы, которая играет ключевую роль при расщеплении алкоголя. 

Некоторые из участников проекта LeCHE решили углубиться дальше в историю человечества и учредили проект BEAN («Связь между европейским и анатолийским неолитом»), чтобы проследить путь первых земледельцев и скотоводов, направлявшихся в Европу. С помощью методов компьютерного моделирования и анализа древних ДНК ученые хотят определить, кем были первые европейские земледельцы и когда прибыли на наш континент. С этой целью нынешним летом Бургер, Томас и другие частники проекта BEAN направятся в Турцию. А там предстоит встреча с «беяз пейниром», солоноватым турецким сыром из козьего молока, без коего не обходится ни один турецкий завтрак. Быть может, именно этим сыром утоляли голод местные неолитические земледельцы 8 тысяч лет назад – задолго до того периода, когда человеческий организм научился устойчиво вырабатывать лактазу, позволявшую в любом возрасте пить свежее молоко.

 

Статья воспроизводится с разрешения журнала Nature.

Оригинал публикации: Why We "Got Milk"