なぜヨーロッパ人は乳糖不耐症になるように進化したのですか？ | 化学

ちょうど5000年前、それが彼らの食事の一部であったとしても、事実上、成人の人間はミルクを適切に消化することができませんでした。 しかし、進化論の瞬く間に、北欧人は彼らがそうすることを可能にした遺伝子突然変異を受け継ぎ始めました。 この形質はわずか数千年で一般的になり、今日では 人口の最大95パーセント。 新石器時代の陶器の断片と古代のヒトゲノムをつなぎ合わせることで、科学者たちはヨーロッパの乳糖不耐症がどのように進化したかという謎を解いたのかもしれません。

で 本日発表された研究 の 自然、 研究者は、ヨーロッパのミルク使用の9,000年間の考古学的証拠を遺伝学と比較し、ヨーロッパ人が最初に飲料を消費し始めてからかなり後に、乳糖耐性の異常に急速な進化を発見しました。 著者らは、通常のミルク消費よりも極端な何かが遺伝子の変化を引き起こしたと示唆しています。 飢饉や病原体のような例外的なストレッサーは、乳糖不耐症に対する牛乳の典型的な軽度の胃腸への影響を悪化させ、牛乳を消化する能力をさらに価値のあるものにする一方で、下痢と脱水症の致命的な発作を引き起こす可能性があります。

「ミルクを飲むことがなぜ有利だったのかについての教科書を書き直します」と主執筆者のリチャード・エヴァーシェッド、ディレクターは言います。 生物地球化学研究センター ブリストル大学で。 「遺伝子変異を非常に迅速に進化させるためには、それを持たない人々を何かが殺さなければなりません。」

エバーシェッドとブリストル大学およびユニバーシティカレッジロンドンの同僚が主導した広範な研究には、他の20か国の専門家からの寄稿が含まれていました。

世界中のほとんどすべての赤ちゃんは、乳糖を消化する能力を持って生まれています。結局のところ、乳糖は母乳に含まれています。 しかし、成人の約3分の2は、離乳が終わるとラクターゼと呼ばれる乳消化酵素の生成が停止するため、天然の乳糖を消化できなくなります。 そのため、世界の成人人口の大部分はラクターゼ非持続性であり、乳糖不耐症としても知られています。

世界の成人人口の残りの3分の1は、乳糖不耐症を進化させてきました。つまり、彼らはラクターゼを生産し続けています。これは、北欧系のグループのようなグループに特に当てはまります。

Max Planck Institute for the Science of HumanHistoryの生物人類学者であるShevanWilkinは、おそらく5年前まで、乳糖不耐症の話は単純に見えたと言います。 人間のグループが動物を放牧し、ミルクを飲み始めると、ミルクの健康上の利点はそれを消化できる人々に有利に働きましたが、消化器系の病気は不寛容の成功に逆らいました。そのため、人間がミルクを消化するのを助けた遺伝子変異は最終的にそれらの集団に広がりました。

「それから、私たちはいくつかのクレイジーな傾向に気づきました」と、研究に関与していなかったウィルキンは言います。 「古代のゲノムを見ると、最近、過去数千年まで、乳糖不耐症の人は誰もいません。」 遺伝形質がこれほど急速に広まるためには、それを持っている人が生き残り、繁殖し、他の人が死ぬという非常に重要な理由があるはずです。

「また、草原全体の巨大な人口、現代のカザフスタン、ロシア、モンゴルの人々、大量のミルクを飲んでいる人々は、ラクターゼ持続性がまったくないことにも気づきました。」 大量のミルクを飲むことの単純な利点がラクターゼ持続性の突然変異を生み出し、伝播させたのであれば、草原の住人は確かにヨーロッパ人と同じように形質を進化させたはずです。

さらに、古代の人間のDNAの研究は、ヨーロッパのラクターゼの持続を可能にした遺伝子突然変異が、わずかな栄養上の利点を与えるもののようには見えないことを示しました。 ヨーロッパのゲノムでは、 ポジティブな自然淘汰によって最も好まれる単一の形質 過去10、000年以上。

著者は、ヨーロッパのミルクの暗い過去を掘り下げるために、いくつかの異なる調査ラインを使用しました。

リチャードエバーシェッドと同僚は、過去9,000年間の母乳の使用をマッピングし、ヨーロッパ各地の554の遺跡からの13,181の陶器の断片に由来する6,899の動物性脂肪残留物から膨大なデータベースを作成しました。 過去30年間にわたって、エバーシェッドのような専門家を前面に押し出した科学者たちは、古代の陶器を分析し、それに含まれるものの証拠を明らかにする方法を開発してきました。

運、または科学がそれを持っているように、乳脂肪は古代の陶器に吸収され、驚くべきレベルで保存されます。 鍋の分解された動物性脂肪に存在し、持続する2つの主要な脂肪酸の炭素同位体組成を研究すると、牛乳は反芻動物の枝肉脂肪とは異なる方法で作られているため、独特の特徴が残っていることがわかります。

Evershedは、約9,000年前から、ヨーロッパ全土で人間がミルクを広く飲んでいたという豊富な証拠を発見しました。

ユニバーシティカレッジロンドンの進化遺伝学者である共著者のマークトーマスは、彼自身のマッピングプロジェクトを立ち上げました。これは、ヨーロッパ人のラクターゼ持続を可能にする遺伝的変異がいつどこで出現したかを示しています。 彼は、1,700人以上の先史時代の人間のDNA配列を調べて、その最初の出現は約5,000年前、または通常のミルク消費が始まってから約4、000年後までではないことを発見しました。 突然変異はそれ以来短期間で当たり前になりました、しかしその遅い出現は彼らがそれを消化することができる前に人間が何千年もの間ミルクを飲んでいたことを意味します。

Thomasらは、ヨーロッパの歴史的なミルク使用に関するEvershedのデータセットを、乳糖不耐症の上昇に関する遺伝的証拠と比較しました。 彼らは、時間の経過に伴うミルク使用の変化と、ラクトースに耐える人間の能力の上昇との間に関係がないことを発見しました。

乳糖を消化しない人間にとって、糖分の多いミルク成分は鼓腸から下痢に至るまで腸の問題を引き起こす可能性があるため、それは不可解です。 このため、乳糖不耐症の人はミルクをあまり飲みません。少なくとも、多くの人が誤って想定していたことです。

実際、共著者のジョージ・デイビー・スミスの研究は、50万人以上の生きている個人を含むUKバイオバンクのデータの彼の研究によると、彼らがミルクを飲むことを示しています。 彼の分析では、持続性の成人と非持続性の成人のミルク消費量に実質的な違いは見られませんでした。 彼はまた、ほとんどの持続性のないミルクを飲む人は、長期的な健康への影響はなく、寿命を縮めたり、生殖能力を低下させたりすることはないと報告していることも発見しました。 「では、ラクターゼが持続しないのに、どうして人々は酪農家だったのだろうか？」 エバーシェッドは尋ねます。 「彼らは喜んでミルクを消費し、それから健康上の利益を得ることができるからです。」

ジョージ・デイビー・スミスの発見は、研究者に別の質問を引き起こしました。 乳糖不耐症の人が大きな悪影響なしにミルクを飲むことができるとしたら、何が劇的な遺伝的変化を引き起こし、多くのヨーロッパ人が乳糖不耐症を急速に発症させたのでしょうか？

いくつかの要因は、おそらくそれを非常に重要にし、生と死の問題にすることによって、乳糖不耐症の進化を早送りしたに違いありません。

「そこで、これが当てはまるシナリオを想像し始めました」とEvershed氏は説明します。

マーク・トーマスは、飢饉が主要な役割を果たした可能性があると理論づけています。 通常、ほとんどの非寛容な成人は、ミルクを飲んだ後、あまりうまくいかないだろうと彼は述べています。 「鼓腸、下痢、それは良くありません、それは不快で恥ずかしいかもしれません、しかし誰も乳糖不耐症で死んだことはありません。」

「しかし、重度の栄養失調のときに下痢をしていると、本当の問題が発生します」と彼は続けます。 「それは今日でも世界の主要な死因です。」 飢饉の最中に穀物のような食品がなくなった場合、持続性のない人間は、本来すべきではないときに、より多くの乳製品を消費することに頼る可能性があり、それは彼らの健康に最大の悪影響を与える可能性があります。

ブリストル大学のMRC統合疫学ユニットのディレクターであるDaveySmithは、同様の概念を持つ別のアイデアを持っています。 彼は病原体が主要な役割を果たしたと理論づけています。 彼の研究は、ミルクを飲むことは今日の寛容でない成人の健康を害していないことを示していますが、それは腸の障害、脱水症および他の病気に苦しむ人々の間で潜在的に大きな問題です。 人間が家畜の中で近くに住んでいて、適切な衛生状態に欠けていた時代には、病気が蔓延し、乳糖による下痢や脱水症が致命的であることが判明した多くの人をひどく弱体化させた可能性があります。 一方、ミルクを飲んで消化できる人には、彼らが通り抜けるのを助けるためのリソースがありました。

チームは、これらのアイデアをモデルを使用してテストしました。これは、ラクターゼ持続性の遺伝子変異体が、飢饉や病原体の影響を受けたときに集団で増加したことを示唆しています。

乳糖不耐症を引き起こした環境ストレッサーは連携して機能した可能性があり、ヨーロッパ、中東、アフリカで進化したことが知られている5つの異なる時期のそれぞれで非常に異なっていた可能性があります。

「ヨーロッパでは、それは定住と飢饉に関するものである可能性がありますが、たとえばアフリカでは、干ばつとより高い病気の負荷に関するものである可能性があります」とトーマスは言います。

グループの方法はまた、常識が彼らが持っているかもしれないと示唆するとき、人間がミルクを消化する能力を決して発達させなかったところで何が起こったのかを知るために採用されるかもしれません。

「 [Eurasian] ラクターゼ持続症ではない草原の人々は、大量のミルクを飲んでいます」とシェヴァン・ウィルキンは言います。 「それがヨーロッパで進化したとき、それが進化しなかったところで何が起こっていたのですか？」

ウィルキン氏は、乳糖不耐症がいかに遅く、急速に進化したか、草原の住人のような重い乳糖消費者が乳糖不耐症のままである理由など、乳糖消化の謎を説明するために科学者がさまざまなアイデアを浮かび上がらせていると付け加えています。 現在、彼女は、これらの質問をさらに調査できるフレームワークが存在すると言います。

「それはとても印象的な事業です。 そしてそれを通して、彼らは非常に理にかなっているいくつかのアイデアを思いついたのです。」

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