EVOLUZIONE ADATTIVA INDOTTA DALLA CULTURA UMANA
Non c’è dubbio che l’agricoltura e il suo continuo sviluppo hanno alterato notevolmente l’ambiente umano. Il cambiamento ambientale spesso induce un’evoluzione adattativa, e gli esseri umani non fanno eccezione. Lo illustrerò prima con esempi di evoluzione umana in risposta alle malattie infettive. L’agricoltura ha alterato l’ambiente umano in molti modi, ma due importanti alterazioni sono state nel numero di esseri umani e nella loro densità di popolazione locale. Dallo sviluppo dell’agricoltura, la popolazione umana è cresciuta in modo approssimativamente esponenziale. L’agricoltura induce uno stile di vita più sedentario, e le persone hanno bisogno di vivere vicino ai loro campi. Di conseguenza, anche i primi sistemi agricoli hanno portato a un grande aumento delle densità umane locali. Questa combinazione di aumento del numero di persone e aumento delle densità locali ha creato un nuovo ambiente demografico ideale per la diffusione di malattie infettive. In questo modo, l’agricoltura aumentò l’importanza degli agenti infettivi come fattori selettivi nell’evoluzione umana. Un buon esempio di questo è visto nel lavoro pionieristico di Wiesenfeld.5 Il sistema agricolo malese, sviluppato per la prima volta nel sud-est asiatico, fa ampio uso di colture di radici e alberi che sono adattate ad ambienti umidi e tropicali. I popoli di lingua malese che svilupparono questo sistema agricolo divennero anche eccellenti marinai che colonizzarono molte isole, compresa l’isola di Madagascar al largo della costa orientale dell’Africa circa 2000 anni fa. Il sistema agricolo malese fu poi ripreso dai popoli di lingua bantu sulla terraferma africana circa 1500 anni fa e si diffuse rapidamente in tutte le sezioni umide e tropicali di quel continente. Nelle foreste pluviali intatte dell’Africa, la malaria è una malattia rara, ma in quelle aree in cui fu introdotto il complesso agricolo malese, la malaria divenne comune. L’aumento del numero e della densità delle persone permise a più individui di essere infettati in qualsiasi momento e agli individui infetti di essere in stretta prossimità di individui non infetti, il che a sua volta aumentò la probabilità di trasmissione della malaria attraverso le zanzare. A causa dell’agricoltura, la malaria è diventata un importante agente infettivo in questa e in altre popolazioni umane, e quindi un importante agente selettivo. Il risultato è che le popolazioni umane hanno cominciato ad adattarsi alla malaria attraverso la selezione naturale. Nell’Africa sub-sahariana, uno dei principali adattamenti fu tramite la selezione naturale che aumentò la frequenza dell’allele falciforme al locus della catena β dell’emoglobina, che conferisce resistenza alla malaria negli individui eterozigoti per l’allele falciforme. Forze selettive simili sono state introdotte ovunque l’agricoltura ha creato le condizioni per rendere la malaria una malattia epidemica sostenuta, e le popolazioni umane a loro volta si sono adattate alla malaria aumentando la frequenza di una serie di alleli in molti loci diversi, comprese le varie talassemie e gli alleli di carenza di glucosio-6-fosfato-deidrogenasi oltre alla falcemia.4 In termini di numero di persone colpite, questi adattamenti antimalarici costituiscono da soli la gran parte delle classiche malattie genetiche mendeliane che affliggono l’umanità. Si è anche ipotizzato che altre malattie genetiche mendeliane siano state selezionate come adattamenti ad ambienti creati dall’uomo. Per esempio, le popolazioni ebree ashkenazite hanno alte frequenze di alleli patologici in quattro diversi loci genetici – Tay-Sachs, Gaucher, mucolipidosi di tipo IV e Niemann-Pick – che risultano tutti in difetti nello stoccaggio degli sfingi-lipidi. Motulsky6 ha ipotizzato che tutte e quattro queste malattie genetiche rappresentino adattamenti alla tubercolosi, che a sua volta divenne un importante agente selettivo a causa della formazione dei ghetti, anche se questa ipotesi rimane controversa.7 Indipendentemente da ciò, non c’è dubbio che la maggior parte delle malattie genetiche negli esseri umani è dovuta alla selezione naturale che adatta le popolazioni umane ad agenti infettivi la cui importanza selettiva è stata aumentata, non diminuita, dall’evoluzione culturale.8
Nonostante i progressi della medicina moderna, gli agenti infettivi rimangono un importante agente selettivo negli esseri umani di oggi. Il flagello della malaria non è scomparso, con 20.000 persone che muoiono ogni settimana a causa della malaria.9 Inoltre, con la crescita delle popolazioni umane, abbiamo alterato il nostro ambiente invadendo gli habitat di sempre più altre specie. Il risultato è stato che molte malattie infettive di altre specie hanno sempre più possibilità di infettare gli esseri umani, e alcuni di questi agenti infettivi cross-specie si sono adattati con successo agli esseri umani come loro ospiti. Questi cambiamenti ambientali indotti culturalmente hanno creato un’area completamente nuova di preoccupazione per la salute: le malattie infettive emergenti. Uno dei più drammatici esempi recenti è stata l’evoluzione dell’HIV dal SIV, un retrovirus che infetta altri primati come gli scimpanzé.10 Il successo dell’adattamento dell’HIV all’uomo ha a sua volta creato una forza selettiva per l’adattamento dell’uomo all’HIV, che possiamo effettivamente osservare nelle attuali popolazioni umane.11,12
Come mostrano gli esempi di cui sopra, l’evoluzione culturale umana non ha impedito alle popolazioni umane di adattarsi alle malattie infettive, ma piuttosto ha molto probabilmente intensificato l’evoluzione adattativa umana alle malattie infettive. Lo stesso vale anche per le malattie sistemiche. Piuttosto che essere un’eredità evolutiva dell’età della pietra, ci sono molte prove che i geni alla base del rischio di molte malattie sistemiche comuni sono stati selezionati per i loro effetti dopo lo sviluppo dell’agricoltura umana. Una delle malattie sistemiche più comuni che affliggono gli esseri umani oggi è il diabete di tipo II, che sta aumentando ad un ritmo allarmante. Questo aumento è così rapido che non può essere dovuto a cambiamenti evolutivi nella popolazione umana, ma piuttosto a cambiamenti ambientali, come i cambiamenti nella dieta e nello stile di vita.13 Tuttavia, il diabete di tipo II, e molte altre malattie sistemiche, possono ancora riflettere l’impatto dell’evoluzione adattativa nella recente storia umana.
L’idea che i geni che predispongono un individuo al diabete di tipo II possano rappresentare una recente evoluzione adattativa fu proposta per la prima volta da Neel14 come “ipotesi del genotipo parsimonioso”. Questa ipotesi postula che gli stessi stati genetici che predispongono al diabete determinano anche un rapido innesco dell’insulina anche quando il fenotipo del diabete non è espresso. Un innesco così rapido è vantaggioso quando gli individui soffrono periodicamente di carestie, poiché minimizzerebbe la perdita renale di glucosio e comporterebbe un utilizzo più efficiente del cibo. Quando il cibo è più abbondante, la selezione contro questi genotipi sarebbe blanda perché l’età di insorgenza del fenotipo diabetico è tipicamente dopo la maggior parte della riproduzione e perché le diete ad alto contenuto di zucchero e calorie che si trovano nelle società moderne e che aiutano a innescare il fenotipo diabetico sono molto recenti nella storia evolutiva umana.
Quando Neel propose questa ipotesi, si sapeva poco sui fattori genetici che predispongono un individuo al diabete, ma molti studi di associazione a livello di genoma hanno ora identificato diversi loci genetici che hanno tali alleli predisponenti.15 Inoltre, ci sono state molteplici indagini sulla popolazione che dimostrano che l’incidenza del diabete in un ambiente dietetico attuale ad alto contenuto calorico è maggiore nelle popolazioni con una storia recente di esposizione a carestie o diete ipocaloriche.16-19 Per esempio, gli indiani Pima del sud-ovest americano erano un tempo cacciatori-raccoglitori e agricoltori che utilizzavano l’irrigazione per allevare una varietà di gruppi, ma principalmente il mais. Tuttavia, vivevano in una zona arida del paese, e il loro sistema agricolo basato sul mais era soggetto a periodici fallimenti durante i periodi di siccità. Questo fu accentuato alla fine del XIX secolo, quando gli immigrati europei americani deviarono le sorgenti dei fiumi usati dai Pimas per l’irrigazione, causando una diffusa fame. Con il collasso del loro sistema agricolo, i Pimas sopravvissuti dipendevano da una dieta dispensata dal governo che consisteva in cibi molto grassi e altamente raffinati. Attualmente, tra gli indiani Pima adulti, il 37% degli uomini e il 54% delle donne soffrono di diabete di tipo 2, una delle più alte incidenze conosciute nelle popolazioni umane.19 Un altro esempio è fornito dalla popolazione umana dell’isola micronesiana di Nauru.17,18 Nella loro storia recente, i Nauruani hanno sofferto di due estremi attacchi di selezione naturale per genotipi parsimoniosi. In primo luogo, la loro popolazione fu fondata da persone che intraprendevano viaggi in canoa tra le isole della durata di diverse settimane. In numerosi esempi attestati di questi lunghi viaggi in canoa, molti viaggiatori morirono di fame. In secondo luogo, i Nauruani furono poi distinti dalla maggior parte degli altri abitanti delle isole del Pacifico per la loro estrema fame e mortalità durante la seconda guerra mondiale. Entrambi questi episodi avrebbero portato a una forte selezione per genotipi parsimoniosi. Dopo la seconda guerra mondiale, una società mineraria esterna firmò un accordo lucrativo con i Nauruani per i diritti sul guano degli uccelli ricco di fosfati. Con la loro ritrovata ricchezza, il cibo raffinato divenne abbondante. In questo nuovo ambiente dietetico, circa il 28% della popolazione adulta soffre di diabete di tipo 2, mentre nella generazione precedente il diabete era praticamente sconosciuto.
Le osservazioni riassunte sopra supportano l’ipotesi del genotipo parsimonioso, ma forse la prova più forte viene dallo sviluppo di metodi analitici che possono rilevare la presenza di recente selezione positiva per un allele dalla firma tale selezione lascia nella regione genomica intorno a una variante selezionata. Molti degli alleli che predispongono al diabete hanno una firma significativa di selezione positiva recente, in particolare in quelle popolazioni più suscettibili al diabete.20-23 Queste osservazioni mostrano direttamente che i fattori di rischio genetici per il diabete sono stati favoriti dalla selezione naturale nella recente storia evolutiva umana. Inoltre, questi stessi nuovi metodi analitici hanno rivelato un gran numero di altri geni che sono stati sottoposti a un’intensa selezione positiva negli esseri umani e che sono collegati ai recenti cambiamenti culturali, in particolare nell’agricoltura.24
Interessante, non ci sono prove convincenti che suggeriscano che le società di foraggiamento e quelle agricole differiscano nella loro frequenza o gravità delle carenze alimentari.25 Tuttavia, la teoria matematica alla base di tali episodi selettivi sporadici indica che l’aumento della frequenza di tali alleli predisponenti è più forte subito dopo la carenza di cibo e dovrebbe decadere nel tempo.26 Di conseguenza, le carestie dell’età della pietra sono spiegazioni improbabili per le attuali alte frequenze di questi alleli. Inoltre, le carestie dell’età della pietra non potrebbero prevedere che il modello osservato di questi alleli sia nelle frequenze più alte nelle popolazioni attuali che sono state soggette a gravi carenze alimentari nel recente passato. Sfortunatamente, l’ipotesi del genotipo parsimonioso è stata spesso presentata come un esempio di adattamento del passato a uno stile di vita paleolitico25,27 nonostante il fatto che Neel, l’ideatore dell’ipotesi, abbia usato esempi di popolazioni soggette a recenti carenze alimentari, come gli indiani Pima, come supporto principale dell’ipotesi.19 Quindi, sia le osservazioni che la teoria indicano che i genotipi parsimoniosi sono presenti nelle attuali popolazioni umane come un adattamento a eventi recenti e non sono un’eredità dell’evoluzione umana che si è fermata nel paleolitico.
Il genotipo parsimonioso è stato esteso e applicato ai fattori di rischio genetici che predispongono gli individui a molte altre comuni malattie sistemiche, come la malattia coronarica,28,29 la sindrome metabolica,27 e l’ipertensione.27 Quindi, la maggior parte delle malattie sistemiche comuni negli esseri umani potrebbe essere frequente a causa della selezione naturale operante in tempi recenti, anche storici. La nostra cultura costituisce un ambiente che induce la selezione naturale negli esseri umani. L’evoluzione adattativa sta quindi procedendo nelle popolazioni umane moderne, e gran parte di questa recente evoluzione umana si ripercuote direttamente sull’incidenza delle malattie infettive, genetiche e sistemiche negli esseri umani.