ADAPTÍV FEJLŐDÉS AZ EMBERI KULTÚRA INDUKÁLTA
Kétségtelen, hogy a mezőgazdaság és annak folyamatos fejlődése nagymértékben megváltoztatta az emberi környezetet. A környezeti változások gyakran indukálják az adaptív evolúciót, és ez alól az ember sem kivétel. Ezt először a fertőző betegségekre adott emberi evolúció példáival szemléltetem. A mezőgazdaság sokféleképpen változtatta meg az emberi környezetet, de két fontos változás az emberek számában és helyi népsűrűségében történt. A mezőgazdaság kialakulása óta az emberi népesség nagyjából exponenciális módon nőtt. A mezőgazdaság mozgásszegényebb életmódot indukál, és az embereknek a földjeik közelében kell élniük. Ennek eredményeképpen már a korai mezőgazdasági rendszerek is a helyi emberi sűrűség nagymértékű növekedését eredményezték. A megnövekedett emberszám és a megnövekedett helyi sűrűség kombinációja olyan új demográfiai környezetet teremtett, amely ideális volt a fertőző betegségek terjedéséhez. Ily módon a mezőgazdaság növelte a fertőző kórokozók mint szelektív tényezők jelentőségét az emberi evolúcióban. Jó példa erre Wiesenfeld úttörő munkája.5 A maláj mezőgazdasági rendszer, amely először Délkelet-Ázsiában alakult ki, széles körben alkalmazza a nedves, trópusi környezethez alkalmazkodott gyökér- és fás növényeket. Az ezt a mezőgazdasági rendszert kifejlesztő maláj-polinéziai nyelvű népek kiváló tengerészekké váltak, akik 2000 évvel ezelőtt számos szigetet gyarmatosítottak, köztük az Afrika keleti partjainál fekvő Madagaszkár szigetét. A maláj mezőgazdasági rendszert később, mintegy 1500 évvel ezelőtt a bantu nyelvű népek vették át az afrikai szárazföldön, és gyorsan elterjedtek a kontinens nedves, trópusi részein. Afrika érintetlen esőerdeiben a malária ritka betegség, de azokon a területeken, ahová a maláj mezőgazdasági rendszert bevezették, a malária általánossá vált. Az emberek megnövekedett száma és sűrűsége lehetővé tette, hogy egy adott időpontban több egyén fertőződhessen meg, és hogy a fertőzött egyének a nem fertőzött egyének közvetlen közelében tartózkodjanak, ami viszont növelte a malária szúnyogok általi terjedésének valószínűségét. A mezőgazdaságnak köszönhetően a malária jelentős fertőző ágenssé vált ebben és más emberi populációkban, és így jelentős szelekciós ágenssé vált. Ennek eredményeként az emberi populációk a természetes szelekció révén alkalmazkodni kezdtek a maláriához. A szubszaharai Afrikában az egyik legfontosabb alkalmazkodás az volt, hogy a természetes szelekció növelte a sarlósejt allél gyakoriságát a hemoglobin β-lánc lokuszán, ami a sarlósejt allélra heterozigóta egyének maláriával szembeni rezisztenciáját biztosítja. Hasonló szelekciós erők jelentek meg mindenütt, ahol a mezőgazdaság megteremtette a feltételeket ahhoz, hogy a malária tartós, járványos betegséggé váljon, az emberi populációk pedig úgy alkalmazkodtak a maláriához, hogy a sarlósejt mellett számos különböző lokuszon számos allél gyakoriságát növelték, beleértve a különböző talasszémiákat és a glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz hiány alléljait.4 Az érintettek számát tekintve ezek a maláriaellenes alkalmazkodások önmagukban az emberiséget sújtó klasszikus mendeli genetikai betegségek nagy részét teszik ki. Más mendeli genetikai betegségekről is feltételezik, hogy az ember által létrehozott környezethez való alkalmazkodásként szelektálódtak. Például az askenázi zsidó populációkban négy különböző genetikai lókuszban – Tay-Sachs, Gaucher, mucolipidosis IV típus és Niemann-Pick – magas gyakorisággal fordulnak elő betegségallélek, amelyek mind a szfingo-lipid raktározás hibáit eredményezik. Motulsky6 feltételezte, hogy mind a négy genetikai betegség a tuberkulózishoz való alkalmazkodást jelenti, amely viszont a gettók kialakulása miatt fontos szelekciós ágenssé vált, bár ez a hipotézis továbbra is vitatott.7 Ettől függetlenül kétségtelen, hogy az emberekben előforduló genetikai betegségek többsége a természetes szelekciónak köszönhető, amely az emberi populációkat olyan fertőző ágensekhez adaptálta, amelyek szelekciós jelentőségét a kulturális evolúció nem csökkentette, hanem növelte.8
A modern orvostudomány fejlődése ellenére a fertőző ágensek ma is fontos szelekciós ágensek az emberekben. A malária csapása nem múlt el, hetente 20 000 ember hal meg maláriában.9 Ráadásul az emberi populációk növekedésével megváltoztattuk a környezetünket azáltal, hogy egyre több más faj élőhelyére hatoltunk be. Ennek eredményeként más fajok számos fertőző betegsége egyre nagyobb eséllyel fertőzheti meg az embert, és e fajok közötti fertőző kórokozók némelyike sikeresen alkalmazkodott az emberhez mint gazdatesthez. Ezek a kulturálisan kiváltott környezeti változások az egészségügy egy teljesen új területét hozták létre: az újonnan megjelenő fertőző betegségeket. A közelmúlt egyik legdrámaibb példája a HIV evolúciója volt a SIV-ből, egy olyan retrovírusból, amely más főemlősöket, például csimpánzokat fertőz meg.10 A HIV sikeres alkalmazkodása az emberhez viszont szelektív erőt teremtett az emberek számára, hogy alkalmazkodjanak a HIV-hez, amit a jelenlegi emberi populációkban valóban megfigyelhetünk.11,12
Amint a fenti példák mutatják, az emberi kulturális evolúció nem akadályozta meg az emberi populációkat a fertőző betegségekhez való alkalmazkodásban, hanem valószínűleg inkább fokozta az emberi alkalmazkodást a fertőző betegségekhez. Ugyanez igaz a szisztémás betegségekre is. A kőkorszakból származó evolúciós örökség helyett számos bizonyíték van arra, hogy a számos gyakori szisztémás betegség kockázatának alapjául szolgáló gének az emberi mezőgazdaság kialakulása után szelektálódtak. A ma embereket sújtó egyik leggyakoribb szisztémás betegség a II. típusú cukorbetegség, amely riasztó mértékben növekszik. Ez a növekedés olyan gyors, hogy nem lehet az emberi populáció evolúciós változásainak, hanem inkább környezeti változásoknak, például az étrend és az életmód változásainak a következménye.13 Mindazonáltal a II. típusú cukorbetegség, és sok más szisztémás betegség, még mindig tükrözheti az adaptív evolúció hatását a közelmúlt emberi történelmében.
A gondolatot, hogy az egyén II. típusú cukorbetegségre hajlamosító gének a közelmúlt adaptív evolúcióját képviselhetik, először Neel14 javasolta “takarékos genotípus hipotézis” néven. Ez a hipotézis azt tételezi fel, hogy ugyanazok a genetikai állapotok, amelyek hajlamosítanak a cukorbetegségre, gyors inzulinváltást eredményeznek akkor is, ha a cukorbetegség fenotípusa nem fejeződik ki. Az ilyen gyors kiváltás előnyös, ha az egyének időszakosan éhínségben szenvednek, mivel minimalizálná a vese glükózveszteségét és hatékonyabb táplálékfelhasználást eredményezne. Amikor az élelem bőségesebb, az ilyen genotípusok elleni szelekció enyhe lenne, mivel a diabéteszes fenotípus kialakulásának kora jellemzően a legtöbb szaporodás után van, és mivel a modern társadalmakban megtalálható magas cukor- és kalóriatartalmú étrend, amely elősegíti a diabéteszes fenotípus kiváltását, nagyon új keletű az emberi evolúció történetében.
Amikor Neel ezt a hipotézist felvetette, keveset tudtak azokról a genetikai tényezőkről, amelyek hajlamosítanak egy egyént a cukorbetegségre, de számos genom-szerte végzett társulási vizsgálat ma már számos olyan genetikai lokuszt azonosított, amelyek ilyen hajlamosító alléllal rendelkeznek.15 Ráadásul ma már több populációs felmérés is kimutatta, hogy a cukorbetegség előfordulása a jelenlegi magas kalóriatartalmú táplálkozási környezetben magasabb azokban a populációkban, amelyek a közelmúltban éhínségnek vagy kalóriaszegény étrendnek voltak kitéve.16-19 Például az amerikai délnyugati Pima indiánok korábban vadászó-gyűjtögetők és földművesek voltak, akik öntözéssel különböző csoportokat, de főleg kukoricát termesztettek. Azonban az ország száraz részén éltek, és a kukoricán alapuló mezőgazdasági rendszerük aszályos időszakokban időszakos kudarcoknak volt kitéve. Ez a helyzet a tizenkilencedik század végén még súlyosbodott, amikor az európai amerikai bevándorlók elterelték a pimák által öntözésre használt folyók forrásvidékét, ami széles körű éhínséget eredményezett. A mezőgazdasági rendszerük összeomlásával a túlélő pimák a kormány által kiadott, magas zsírtartalmú, erősen finomított élelmiszerekből álló étrendre szorultak. Jelenleg a felnőtt pima indiánok körében a férfiak 37%-a és a nők 54%-a szenved 2-es típusú cukorbetegségben, ami az emberi populációkban ismert egyik legmagasabb előfordulási arány.19 Egy másik példát a mikronéziai Nauru szigetének emberi populációja szolgáltat.17,18 A nauruiak a közelmúltban két szélsőséges, a takarékos genotípusokra irányuló természetes szelekciót szenvedtek el. Először is, a népességüket olyan emberek alapították, akik többhetes, szigetközi kenutúrákat tettek. Az ilyen hosszú kenutúrák számos igazolt példája során az utazók közül sokan éhen haltak. Másodszor, a nauruiakat a második világháború alatti rendkívüli éhezés és halálozás különböztette meg a legtöbb csendes-óceáni szigetlakótól. Mindkét esemény a takarékos genotípusok erős szelekcióját eredményezte volna. A második világháború után egy külső bányavállalat jövedelmező üzletet kötött a nauruiakkal a foszfátban gazdag madárguano jogairól. Az újonnan szerzett gazdagságukkal a finomított élelmiszer bőségessé vált. Ebben az új táplálkozási környezetben a felnőtt lakosság mintegy 28%-a szenved 2-es típusú cukorbetegségben, míg az előző generációban a cukorbetegség gyakorlatilag ismeretlen volt.
A fent összefoglalt megfigyelések alátámasztják a takarékos genotípus hipotézist, de a legerősebb bizonyítékot talán az olyan analitikai módszerek kifejlesztése szolgáltatja, amelyek képesek kimutatni egy allél számára a közelmúltbeli pozitív szelekció jelenlétét a szelekció által a kiválasztott variáns körüli genomi régióban hátrahagyott jel alapján. A cukorbetegségre hajlamosító allélok közül több is jelentős mértékben jelzi a közelmúltbeli pozitív szelekciót, különösen a cukorbetegségre leginkább hajlamos populációkban.20-23 Ezek a megfigyelések közvetlenül azt mutatják, hogy a cukorbetegség genetikai kockázati tényezőit a közelmúlt emberi fejlődéstörténetében a természetes szelekció előnyben részesítette. Ráadásul ugyanezek az új elemzési módszerek számos más olyan gént is feltártak, amelyek intenzív pozitív szelekciónak voltak kitéve az emberben, és amelyek a közelmúlt kulturális változásaihoz, különösen a mezőgazdasághoz kapcsolódnak.24
Érdekes, hogy nincs meggyőző bizonyíték arra, hogy az élelemszerző és a mezőgazdasági társadalmak különböznek az élelmiszerhiány gyakorisága vagy súlyossága tekintetében.25 Az ilyen szórványos szelektív epizódok mögött álló matematikai elmélet azonban azt jelzi, hogy az ilyen hajlamosító allélok gyakoriságának emelkedése közvetlenül az élelmiszerhiány után a legerősebb, és idővel le kell bomlania.26 Következésképpen a kőkorszaki éhínségek nem valószínű magyarázatai ezen allélek jelenlegi magas gyakoriságának. Ráadásul a kőkori éhínség nem mondaná meg azt a megfigyelt mintát, hogy ezek az allélok a legmagasabb gyakorisággal fordulnak elő a jelenlegi populációkban, amelyek a közelmúltban súlyos élelmiszerhiánynak voltak kitéve. Sajnos a takarékos genotípus hipotézist gyakran a paleolitikus életmódhoz való múltbeli alkalmazkodás példájaként állítják be25,27 annak ellenére, hogy Neel, a hipotézis kidolgozója a hipotézis elsődleges alátámasztására a közelmúltban táplálékhiánynak kitett populációk, például a pima indiánok példáit használta.19 Ezért mind a megfigyelések, mind az elmélet arra utal, hogy a takarékos genotípusok a közelmúlt eseményeihez való alkalmazkodásként vannak jelen a jelenlegi emberi populációkban, és nem a paleolitikumban megállt emberi evolúció öröksége.
A takarékos genotípust kiterjesztették és alkalmazták az egyének számos más gyakori szisztémás betegségre hajlamosító genetikai kockázati tényezőre, mint például a koszorúér-betegség,28,29 a metabolikus szindróma,27 és a magas vérnyomás.27 Így az emberekben előforduló gyakori szisztémás betegségek nagy része a közelmúltban, sőt a történelmi időkben működő természetes szelekció miatt lehet gyakori. Kultúránk olyan környezetet alkot, amely természetes szelekciót indukál az emberekben. A modern emberi populációkban tehát adaptív evolúció zajlik, és e közelmúltbeli emberi evolúció nagy része közvetlenül befolyásolja a fertőző, genetikai és szisztémás betegségek előfordulását az emberekben.