Археологія: Молочна революція

Коли одна генетична мутація вперше дала древнім європейцям пити молоко, це створило підставу для континентального потрясіння.

Інструменти статті

У 1970-х роках археолог Петро Богуцький розкопував місцевість кам'яного віку на родючих рівнинах центральної Польщі, коли натрапив на асортимент дивних артефактів. Люди, які жили там близько 7000 років тому, були серед перших фермерів Центральної Європи, і вони залишили після себе уламки кераміки, усіяні крихітними дірками. Виглядало так, ніби грубу червону глину спекли, пронизавши шматками соломи.

Оглядаючи археологічну літературу, Богуцький знайшов інші приклади давньої перфорованої кераміки. "Вони були настільки незвичними", - люди майже завжди включали їх у публікації, - каже Богуцький, який зараз працює в Принстонському університеті в Нью-Джерсі. Він бачив щось подібне в будинку друга, який використовували для проціджування сиру, тому припустив, що кераміка може бути пов’язана із сироварінням. Але він не мав можливості перевірити свою ідею.

Безкоштовний подкаст

Марк Томас розповідає про еволюцію людини та підйом молочних продуктів.

Витирання Роффет-Сальк є частиною хвилі відкриттів про історію молока в Європі. Багато з них взяли участь в проекті, що розпочався у 2009 році та залучив археологів, хіміків та генетиків, що розпочався у 2009 році на 3,3 мільйона доларів (4,4 мільйона доларів США). Висновки цієї групи висвітлюють глибокі способи, якими молочні продукти сформували людське поселення на континенті.

Під час останнього льодовикового періоду молоко було по суті токсином для дорослих, оскільки - на відміну від дітей - вони не могли виробляти фермент лактази, необхідний для розщеплення лактози, головного цукру в молоці. Але коли землеробство почало замінювати мисливство та збиральництво на Близькому Сході приблизно 11 000 років тому, скотарі навчились зменшувати лактозу в молочних продуктах до допустимих рівнів, зброджуючи молоко для отримання сиру або йогурту. Кілька тисяч років по тому в Європі поширилася генетична мутація, яка дала людям здатність виробляти лактазу - і пити молоко - протягом усього життя. Ця адаптація відкрила нове багате джерело живлення, яке могло б підтримувати громади, коли врожай не давав результатів.

Ця двоступенева молочна революція, можливо, була головним фактором, що дозволив групам фермерів та скотарів з півдня прокотитися Європою та витіснити культури мисливців-збирачів, що жили там тисячоліття. "Вони дуже швидко поширюються на північ Європи з археологічної точки зору," - говорить Марк Томас, популяційний генетик з університетського коледжу Лондона. Ця хвиля еміграції наклала тривалий відбиток на Європу, де, на відміну від багатьох регіонів світу, більшість людей тепер можуть терпіти молоко. "Можливо, значна частина європейців походить від перших в Європі молочників, стійких до лактази", - каже Томас.

Сильні шлунки

Маленькі діти майже повсюдно виробляють лактазу і можуть перетравлювати лактозу в молоці матері. Але, дозріваючи, більшість вимикає ген лактази. Лише 35% людської популяції може засвоїти лактозу після віку приблизно семи-восьми років (посилання 2). «Якщо ви не переносите лактозу і випиваєте півлітра молока, ви справді захворієте. Вибухова діарея - по суті дизентерія, - каже Олівер Крейг, археолог з Йоркського університету, Великобританія. "Я не кажу, що це смертельно, але це досить неприємно."

КАРТА ДЖЕРЕЛО: ПОСИЛАННЯ. 2

Більшість людей, які зберігають здатність засвоювати молоко, можуть простежити своє походження до Європи, де ця риса, здається, пов’язана з одним нуклеотидом, в якому основа ДНК-цитозину змінилася на тимін у геномній області недалеко від гена лактази. Є й інші осередки стійкості лактази у Західній Африці (див. Nature 444, 994 - 996; 2006), на Близькому Сході та в Південній Азії, які, схоже, пов'язані з окремими мутаціями 3 (див. "Гарячі точки лактази").

Однонуклеотидний перемикач в Європі стався порівняно недавно. Томас та його колеги оцінили час, розглядаючи генетичні зміни в сучасних популяціях та проводячи комп'ютерне моделювання того, як відповідна генетична мутація могла поширитися серед древніх популяцій 4. Вони припустили, що ознака стійкості лактази, яка отримала назву аллелю LP, з’явилася приблизно 7500 років тому на широких родючих рівнинах Угорщини.

Потужний ген

Коли алель LP з’явився, він запропонував велику селективну перевагу. У дослідженні, проведеному в 2004 році 5, дослідники підрахували, що люди з мутацією мали б на 19% більше плодючого потомства, ніж ті, у кого цього не було. Дослідники назвали цю ступінь відбору "серед найсильніших, які досі спостерігались для будь-якого гена в геномі".

Ця перевага, складена протягом кількох сотень поколінь, могла б допомогти населенню опанувати континент. Але лише в тому випадку, якщо «населення має запас свіжого молока і займається молоком», - каже Томас. «Це коеволюція культури гена». Вони харчуються одне одним. ВЂќ

Щоб дослідити історію цієї взаємодії, Томас об'єднався з Йоахімом Бургером, палеогенетиком з Університету Йоганнеса Гутенберга в Майнці, Німеччина, та Метью Коллінзом, біоархеологом з Йоркського університету. Вони організували мультидисциплінарний проект під назвою LeCHE (стійкість до лактази в ранній культурній історії Європи), який зібрав дюжину дослідників на початку кар'єри з усієї Європи.

Вивчаючи молекулярну біологію людини та археологію та хімію давньої кераміки, учасники LeCHE також сподівались вирішити ключове питання про походження сучасних європейців. "Це було тривалим питанням в археології", чи походимо ми з близькосхідних фермерів чи корінних мисливців-збирачів, - каже Томас. Аргумент зводиться до еволюції проти заміни. Чи корінні популяції мисливців-збирачів у Європі взялися за землеробство та скотарство? Або був приплив сільськогосподарських колоністів, які випередили місцевих жителів завдяки поєднанню генів та технологій?

Одне з доказів було отримано в результаті досліджень кісток тварин, знайдених на археологічних розкопках. Якщо велику рогату худобу вирощують переважно для доїння, телят, як правило, забивають до першого дня народження, щоб мати могли доїти своїх матерів. Але велику рогату худобу, вирощувану в основному для отримання м’яса, вбивають пізніше, коли вона досягла своїх повноцінних розмірів. (Малюнок, якщо не вік, подібний для овець та кіз, які були частиною молочної революції.)

КАРТА ДЖЕРЕЛО: ПОСИЛАННЯ. 2; ФОТОГРАФІЯ ГОРОЧКИ: ПОСЛ. 1

На підставі досліджень закономірностей росту в кістках, учасник LeCHE Жан-Дени Вінь, археозоолог Французького національного природничого музею в Парижі, припускає, що молочне виробництво на Близькому Сході може повернутися аж до того часу, коли люди вперше почали одомашнювати тварини там, приблизно 10500 років тому 6. Це помістило б це відразу після переходу до Близького Сходу в неоліті - коли економіка, заснована на збиранні мисливців, поступилася місцем економіці, присвяченій сільському господарству. Молочне виробництво, говорить Роз Гілліс, також археозоолог паризького музею, „може бути однією з причин, чому людська популяція почала відловлювати та утримувати таких жуйних тварин, як велика рогата худоба, вівці та кози”. (Див. „Молочна діаспора“.)

Потім виробництво молочних продуктів розширилось разом із неолітичним переходом, говорить Гілліс, який вивчав ріст кісток на 150 місцях у Європі та Анатолії (сучасна Туреччина). Коли сільське господарство розповсюджувалось з Анатолії в північну Європу приблизно протягом двох тисячоліть, молочне виробництво дотримувалося подібної моделі

Самі по собі закономірності зростання не говорять про те, чи відбувся неолітичний перехід в Європі шляхом еволюції чи заміни, але кістки великої рогатої худоби пропонують важливі підказки. У дослідженні попередників 7, Бургер та кілька інших учасників LeCHE виявили, що одомашнена худоба на неолітичних місцях у Європі була найбільш тісно пов'язана з коровами з Близького Сходу, а не з корінними дикими полярними силами. Це є вагомим свідченням того, що пастухи, які приїжджали, привезли з собою худобу, а не приручали її на місцевому рівні, каже Бургер. Подібна історія випливає з досліджень древньої ДНК людини, виявленої на кількох місцях у Центральній Європі, які дозволяють припустити, що неолітичні фермери не походили від мисливців-збирачів, які жили там до 8 .

Дані разом допомагають визначити походження перших європейських фермерів. "Довгий час основна течія континентально-європейської археології зазначала, що мезолітичні мисливці-мисливці перетворились на неолітичних фермерів", - каже Бургер. "Ми в основному показали, що вони абсолютно різні"

Молоко або м’ясо

Враховуючи, що доїння на Близькому Сході розпочалося за тисячі років до того, як алель LP з’явився в Європі, стародавні скотарі, мабуть, знайшли способи зменшити концентрацію лактози в молоці. Схоже, що вони зробили це, роблячи сир або йогурт. (Ферментовані сири, такі як фета та чеддер, мають невелику частку лактози, що міститься у свіжому молоці; у твердих сирах, подібних до пармезану, майже немає).

Щоб перевірити цю теорію, дослідники LeCHE провели хімічні тести на стародавній кераміці. Груба пориста глина містить достатньо залишків для хіміків, щоб розрізнити, який тип жиру поглинався в процесі приготування: чи від м’яса, чи від молока, так і від жуйних тварин, таких як корови, вівці та кози чи інші тварини. "Це дало нам можливість сказати, які речі готуються", - говорить Річард Евершед, хімік з Університету Брістоля.

"Це було тривалим питанням в археології", чи походимо ми з близькосхідних фермерів чи корінних мисливців-збирачів ".

Евершед та його співробітники LeCHE знайшли молочний жир на глиняному посуді у Близькосхідному родючому півмісяці, що принаймні 8500 років 9, а робота Роффет-Сальке над польською керамікою 1 пропонує чіткі докази того, що пастухи в Європі виробляли сир для доповнення раціону між 6800 і 7400 років тому. На той час молочна продукція стала складовою неолітичного раціону, але вона ще не була домінуючою частиною економіки.

Цей наступний крок відбувся повільно, і, схоже, вимагав розповсюдження стійкості лактази. Алель LP не став поширеним у популяції лише через деякий час після того, як він вперше з’явився: Бургер шукав мутацію в зразках древньої людської ДНК і знайшов її лише 6500 років тому на півночі Німеччини.

Моделі, створені учасником LeCHE Паскалем Гербо, популяційним генетиком з Лондонського університетського коледжу, пояснюють, як ця ознака могла поширитися. Коли культури Близького Сходу неоліту просувалися до Європи, технології землеробства та скотарства допомогли їм виграти конкуренцію з місцевих мисливців-збирачів. І коли жителі півдня просувалися на північ, каже Гербо, алель ЛП "подолала" хвилю міграції.

Зберігання лактази важче було закріпитися в частинах Південної Європи, оскільки неолітичні фермери оселилися там до появи мутації. Але в міру розширення сільськогосподарського товариства на північ та захід на нову територію, перевага, яку забезпечувала стійкість лактази, мала великий вплив. "Оскільки популяція швидко зростає на краю хвилі, частота алелів може збільшуватися", - говорить Гербо.

Залишки цього візерунка видно і сьогодні. У Південній Європі стійкість лактази порівняно рідко - менше 40% у Греції та Туреччині. У Великобританії та Скандинавії, навпаки, більше 90% дорослих людей можуть засвоювати молоко.

Завоювання великої рогатої худоби

До пізнього неоліту та ранньої бронзової ери, приблизно 5000 років тому, алель LP був поширений у більшості північної та центральної Європи, а скотарство стало домінуючою частиною культури. "Вони відкривають такий спосіб життя, і як тільки вони дійсно можуть отримати харчові переваги, вони також збільшують або інтенсифікують поголів'я", - каже Бургер. Кістки великої рогатої худоби представляють понад дві третини кісток тварин на багатьох археологічних розкопках пізнього неоліту та ранньої бронзи в Центральній та Північній Європі.

Дослідники LeCHE все ще спантеличують, чому саме споживання молока дало таку перевагу в цих регіонах. Томас припускає, що коли люди рухались на північ, молоко було б захистом від голоду. Молочні продукти - які можна довше зберігати в холодному кліматі - забезпечували багаті джерела калорій, які не залежали від сезону зростання чи поганого врожаю.

Інші вважають, що молоко могло допомогти, особливо на півночі, через відносно високу концентрацію вітаміну D, поживної речовини, яка може допомогти запобігти таким захворюванням, як рахіт. Люди синтезують вітамін D природним шляхом лише під впливом сонця, що ускладнює вихід жителів півночі в зимові місяці. Але стійкість лактази також прижилася в сонячній Іспанії, ставлячи під сумнів роль вітаміну D.

Проект LeCHE може запропонувати модель відповіді на археологічні питання за допомогою різних дисциплін та інструментів. "У них багато різних щупалець - археологія, палеоантропологія, стародавня ДНК і сучасна ДНК, хімічний аналіз - все зосереджено на одному єдиному питанні", - говорить Ян Барнс, палеогенетик з Королівського Холлоуей, Лондонський університет, який не бере участі в цьому. у проекті. "Є багато інших дієтичних змін, які можна вивчити таким чином."

Наприклад, такий підхід може допомогти розібрати походження амілази - ферменту, який допомагає розщеплювати крохмаль. Дослідники припускають, що розвиток ферменту могло супроводжуватися - або уможливити - посилення апетиту до зерна, що супроводжувало ріст сільського господарства. Вчені також хочуть простежити еволюцію алкогольдегідрогенази, яка має вирішальне значення для розщеплення алкоголю і може виявити витоки спраги людства до пиття.

Деякі учасники LeCHE зараз досліджують ще більше у часі, як частина проекту під назвою BEAN (Bridging the European and Anatolian Neolithic), який розглядає, як перші фермери та скотарі пробралися до Європи. Бургер, Томас та їхні співробітники BEAN будуть у Туреччині цього літа, простежуючи витоки неоліту за допомогою комп'ютерних моделей та аналізу стародавньої ДНК в надії краще зрозуміти, хто були перші фермери та коли вони прибули до Європи.

По дорозі вони зустрінуть беяз-пейнір, солоний сир з овечого молока, який їдять майже з кожним турецьким сніданком. Це, мабуть, дуже схоже на сир, який би їли неолітичні фермери в регіоні близько 8000 років тому - задовго до того, як марш стійкості лактази дозволив людям пити свіже молоко.

Сальк, М. та ін. Природа 493, 522 - 525 (2013).

Леонарді, М., Гербо, П., Томас, М. Г. та Бургер, J. Int. Dairy J. 22, 88-97 (2012).

Гербо, П. та ін. Філ. Транс. Р. Соц. B 366, 863 - 877 (2011).

Itan, Y., Powell, A., Beaumont, M. A., Burger, J. & Thomas, M. G. PLoS Comp. Біол. 5, e1000491 (2009).

Берсальєрі, Т. та ін. Am. Дж. Хам. Genet. 74, 1111 - 1120 (2004).

Vigne, J.-D. в неолітичному демографічному переході та його наслідках (ред. Боке-Аппель, Дж. П. і Бар-Йосеф, О.) 179 - 205 (Springer, 2008).

Едвардс, К. Дж. та ін. Proc. Р. Соц. B 274, 1377 - 1385 (2007).

Браманті, Б. та ін. Наука 326, 137-140 (2009).

Евершед, Р. П. та ін. Природа 455, 528 - 531 (2008).