Картофель изменил геном перуанских индейцев: эволюция за 10 000 лет

Американские и перуанские генетики выяснили, что около 10 тысяч лет назад переход к картофельной диете вызвал резкий эволюционный скачок в геноме коренных жителей южноамериканских Анд. Чтобы справиться с большими объемами крахмала, организм индейцев многократно скопировал ген слюнной амилазы AMY1. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Ген амилазы: ключ к усвоению крахмала

Ген AMY1 кодирует фермент амилазу, который начинает расщеплять сложные углеводы на простые сахара еще в ротовой полости. У человека этот ген может присутствовать в количестве от двух до 20 копий — чем их больше, тем быстрее усваивается крахмалистая пища. Ученые проанализировали геномы 3723 человек из 85 мировых популяций и обнаружили, что коренные перуанцы (народ кечуа) и индейцы пима из Северной Америки имеют самое высокое число копий AMY1 в мире — медианное значение составляет 10 копий, тогда как среднемировой показатель равен семи.

Эволюционная адаптация к картофельной диете

Исследователи выявили конкретный генетический вариант (гаплотип), содержащий пять и более копий гена амилазы. Математическое моделирование показало, что изначально этот вариант встречался у южноамериканских индейцев с частотой около 2%, но под действием естественного отбора его распространенность в популяции кечуа выросла до 45%. Хронология этого процесса совпадает с археологическими данными об одомашнивании картофеля в регионе озера Титикака около 10 тысяч лет назад.

Примечательно, что подобное дублирование генов наблюдается и у других видов. Например, у собак число копий амилазы резко возросло по сравнению с дикими волками, когда животные начали жить с людьми и питаться их пищей. Вместе со слюнной амилазой у андийцев также эволюционировал ген MGAM, отвечающий за переработку углеводов на следующем этапе пищеварения — в кишечнике.

Оборотная сторона адаптации: кариес

У генетической адаптации есть и обратная сторона. Большое количество амилазы приводит к тому, что крахмал расщепляется до простых сахаров еще во рту, создавая идеальную среду для размножения бактерий. Сегодня более 85% перуанских школьников страдают от кариеса.

Исследование наглядно демонстрирует, как резкая смена рациона запускает быструю адаптацию популяции. Эволюция использует механизм прямого дублирования целых генных блоков, чтобы оптимизировать физиологию организма под новый доступный источник энергии.