ADAPTIVE EVOLUTION INDUCED BY HUMAN CULTURE
Het lijdt geen twijfel dat de landbouw en de voortdurende ontwikkeling daarvan de menselijke omgeving ingrijpend heeft veranderd. Veranderingen in het milieu leiden vaak tot adaptieve evolutie, en de mens is daarop geen uitzondering. Ik zal dit eerst illustreren aan de hand van voorbeelden van menselijke evolutie in reactie op besmettelijke ziekten. Landbouw veranderde de menselijke omgeving op vele manieren, maar twee belangrijke veranderingen waren het aantal mensen en hun lokale bevolkingsdichtheid. Sinds de ontwikkeling van de landbouw is de menselijke bevolking ruwweg exponentieel gegroeid. Landbouw leidt tot een meer sedentaire levensstijl, en mensen moeten in de buurt van hun akkers wonen. Als gevolg daarvan hebben zelfs de vroege landbouwsystemen geleid tot een grote toename van de lokale bevolkingsdichtheid. Deze combinatie van een groter aantal mensen en een grotere lokale dichtheid creëerde een nieuwe demografische omgeving die ideaal was voor de verspreiding van besmettelijke ziekten. Op deze wijze vergrootte de landbouw het belang van besmettelijke agentia als selectieve factoren in de menselijke evolutie. Een goed voorbeeld hiervan is te zien in het baanbrekende werk van Wiesenfeld.5 Het Maleise landbouwsysteem, voor het eerst ontwikkeld in Zuidoost-Azië, maakt op grote schaal gebruik van wortel- en boomgewassen die zijn aangepast aan een natte, tropische omgeving. De Maleisisch-Polynesisch sprekende volkeren die dit landbouwsysteem ontwikkelden, werden ook uitstekende zeelieden die vele eilanden koloniseerden, waaronder het eiland Madagaskar voor de oostkust van Afrika rond 2000 jaar geleden. Het Maleisische landbouwsysteem werd later, ongeveer 1500 jaar geleden, overgenomen door Bantoe sprekende volkeren op het Afrikaanse vasteland en verspreidde zich snel over de natte, tropische delen van dat continent. In de intacte regenwouden van Afrika is malaria een zeldzame ziekte, maar in de gebieden waar het Maleisische landbouwcomplex werd geïntroduceerd, werd malaria algemeen. Door de toename van het aantal mensen en de bevolkingsdichtheid konden meer mensen op een bepaald moment besmet raken en konden besmette mensen zich in de nabijheid van niet-besmette mensen bevinden, waardoor de kans op overdracht van malaria via muggen toenam. Door de landbouw werd malaria een belangrijke besmettelijke ziekteverwekker in deze en andere menselijke populaties, en daardoor een belangrijke selectieve ziekteverwekker. Het resultaat is dat menselijke populaties zich via natuurlijke selectie aan malaria begonnen aan te passen. In Afrika ten zuiden van de Sahara was een van de belangrijkste aanpassingen de verhoging door natuurlijke selectie van de frequentie van het sikkelcel-allel op de hemoglobine β-keten-locus, dat resistentie tegen malaria verleent aan individuen die heterozygoot zijn voor het sikkelcel-allel. Vergelijkbare selectieve krachten werden geïntroduceerd overal waar de landbouw de voorwaarden creëerde om malaria tot een aanhoudende, epidemische ziekte te maken, en menselijke populaties pasten zich op hun beurt aan malaria aan door de frequentie van een aantal allelen op veel verschillende loci te verhogen, waaronder de verschillende thalassemieën en allelen voor glucose-6-fosfaat-dehydrogenase-deficiëntie naast sikkelcel.4 In termen van het aantal getroffen mensen vormen deze anti-malaria-aanpassingen alleen al het overgrote deel van de klassieke Mendeliaanse genetische ziekten die de mensheid teisteren. Ook van andere Mendeliaanse genetische ziekten wordt verondersteld dat zij zijn geselecteerd als aanpassingen aan door de mens gecreëerde omgevingen. Zo hebben bijvoorbeeld Asjkenazische Joodse populaties hoge frequenties van ziekte-allelen op vier verschillende genetische loci – Tay-Sachs, Gaucher, mucolipidosis type IV, en Niemann-Pick – die alle resulteren in defecten in de opslag van sfingo-lipiden. Motulsky6 veronderstelde dat al deze vier genetische ziekten aanpassingen zijn aan tuberculose, dat op zijn beurt een belangrijk selectief middel werd door de vorming van getto’s, hoewel deze hypothese controversieel blijft.7 Hoe dan ook, er bestaat geen twijfel over dat de meeste genetische ziekten bij de mens het gevolg zijn van natuurlijke selectie die menselijke populaties aanpast aan infectieuze agentia waarvan het selectieve belang werd vergroot, niet verkleind, door culturele evolutie.8
Ondanks de vooruitgang in de moderne geneeskunde, blijven infectieuze agentia vandaag de dag een belangrijk selectief agens bij de mens. De plaag van malaria is niet verdwenen: elke week sterven 20.000 mensen aan malaria.9 Bovendien hebben wij, naarmate de menselijke bevolking groeide, onze omgeving veranderd door de leefgebieden van steeds meer andere soorten binnen te dringen. Het resultaat is dat veel infectieziekten van andere soorten steeds meer kans hebben om de mens te besmetten, en sommige van deze interspecifieke infectieuze agentia hebben zich met succes aangepast aan de mens als gastheer. Deze cultureel geïnduceerde veranderingen in het milieu hebben een geheel nieuw gebied van zorg voor de gezondheid doen ontstaan: opkomende infectieziekten. Een van de meest dramatische recente voorbeelden is de evolutie van HIV uit SIV, een retrovirus dat andere primaten zoals chimpansees infecteert.10 De succesvolle aanpassing van HIV aan mensen heeft op zijn beurt een selectieve kracht gecreëerd voor mensen om zich aan te passen aan HIV, wat we in feite kunnen waarnemen in de huidige menselijke populaties.11,12
Zoals de bovenstaande voorbeelden laten zien, heeft de menselijke culturele evolutie menselijke populaties er niet van weerhouden om zich aan te passen aan infectieziekten, maar heeft het waarschijnlijk de menselijke adaptieve evolutie aan infectieziekten juist geïntensiveerd. Hetzelfde geldt ook voor systemische ziekten. In plaats van een evolutionaire erfenis uit het stenen tijdperk te zijn, zijn er veel aanwijzingen dat de genen die ten grondslag liggen aan het risico op veel voorkomende systemische ziekten, op hun effecten werden geselecteerd na de ontwikkeling van de menselijke landbouw. Een van de meest voorkomende systemische ziekten die de mens tegenwoordig teistert, is diabetes type II, die in een alarmerend tempo toeneemt. Deze toename is zo snel dat zij niet te wijten kan zijn aan evolutionaire veranderingen in de menselijke bevolking, maar eerder aan veranderingen in het milieu, zoals veranderingen in dieet en levensstijl.13 Niettemin kan type II-diabetes, en vele andere systemische ziekten, nog steeds de invloed weerspiegelen van adaptieve evolutie in de recente menselijke geschiedenis.
Het idee dat genen die een individu voor type II-diabetes predisponeren, recente adaptieve evolutie zouden kunnen vertegenwoordigen, werd voor het eerst voorgesteld door Neel14 als de “thrifty genotype-hypothese”. Deze hypothese gaat ervan uit dat dezelfde genetische factoren die diabetespredisponeren ook resulteren in een snelle insulinetrigger, zelfs wanneer het fenotype van diabetes niet tot uiting komt. Een dergelijke snelle insulinetrigger is voordelig wanneer individuen periodiek te lijden hebben van hongersnood, omdat het nierverlies van glucose daardoor tot een minimum wordt beperkt en het voedsel efficiënter wordt gebruikt. Wanneer er meer voedsel in overvloed is, zou de selectie tegen deze genotypen mild zijn, omdat de leeftijd waarop het diabetische fenotype intreedt gewoonlijk na de meeste voortplantingen ligt en omdat de suikerrijke, calorierijke diëten die in moderne samenlevingen worden aangetroffen en die het diabetische fenotype in gang helpen zetten, zeer recent zijn in de evolutionaire geschiedenis van de mens.
Toen Neel deze hypothese voorstelde, was er weinig bekend over genetische factoren die een individu zouden predisponeren voor diabetes, maar veel genoomwijde associatiestudies hebben nu verschillende genetische loci geïdentificeerd die dergelijke predisponerende allelen hebben.15 Bovendien zijn er nu meerdere bevolkingsonderzoeken die aantonen dat de incidentie van diabetes in een huidige calorierijke voedingsomgeving hoger is bij bevolkingsgroepen met een recente geschiedenis van blootstelling aan hongersnoden of caloriebeperkte diëten.16-19 Zo waren de Pima-indianen van het Amerikaanse zuidwesten vroeger jager-verzamelaars en boeren die irrigatie gebruikten om een verscheidenheid aan groepen, maar voornamelijk maïs, groot te brengen. Zij leefden echter in een dor deel van het land, en hun op maïs gebaseerd landbouwsysteem was in tijden van droogte onderhevig aan periodieke mislukkingen. Dit werd nog verergerd aan het einde van de 19e eeuw, toen Europese Amerikaanse immigranten de bovenloop van de rivieren die door de Pimas voor irrigatie werden gebruikt, omlegden, hetgeen leidde tot hongersnood op grote schaal. Door de ineenstorting van hun landbouwsysteem werden de overlevende Pima’s afhankelijk van een door de overheid verstrekt dieet dat bestond uit vetrijke, sterk geraffineerde voedingsmiddelen. Op dit moment lijdt 37% van de volwassen Pima-indianen en 54% van de vrouwen aan diabetes type 2, een van de hoogste percentages bij mensen.19 Een ander voorbeeld is de menselijke bevolking op het Micronesische eiland Nauru.17,18 De Nauruanen hebben in hun recente geschiedenis te lijden gehad van twee extreme perioden van natuurlijke selectie voor zuinige genotypen. Ten eerste werd hun bevolking gesticht door mensen die wekenlange kanotochten ondernamen tussen de eilanden. Bij talrijke voorbeelden van zulke lange kanotochten stierven vele reizigers de hongerdood. Ten tweede onderscheidden de Nauruanen zich van de meeste andere eilandbewoners in de Stille Oceaan door hun extreme hongersnood en sterfte tijdens de Tweede Wereldoorlog. Beide periodes hebben geleid tot een sterke selectie op zuinige genotypen. Na de Tweede Wereldoorlog sloot een extern mijnbouwbedrijf een lucratieve overeenkomst met de Nauruanen voor de rechten op fosfaatrijke vogelguano. Met hun nieuw gevonden rijkdom, werd geraffineerd voedsel overvloedig. In deze nieuwe voedingsomgeving lijdt ongeveer 28% van de volwassen bevolking aan diabetes type 2, terwijl diabetes in de vorige generatie vrijwel onbekend was.
De hierboven samengevatte waarnemingen ondersteunen de hypothese van het zuinige genotype, maar misschien komt het sterkste bewijs van de ontwikkeling van analytische methoden die de aanwezigheid van recente positieve selectie voor een allel kunnen detecteren aan de hand van de handtekening die dergelijke selectie achterlaat in de genomische regio rond een geselecteerde variant. Verscheidene van de voor diabetes vatbare allelen vertonen een significante signatuur van recente positieve selectie, vooral in de bevolkingsgroepen die het meest vatbaar zijn voor diabetes.20-23 Deze waarnemingen tonen rechtstreeks aan dat de genetische risicofactoren voor diabetes in de recente menselijke evolutionaire geschiedenis door natuurlijke selectie zijn bevoordeeld. Bovendien hebben dezelfde nieuwe analysemethoden een groot aantal andere genen onthuld die onderhevig zijn geweest aan intense positieve selectie bij de mens en die verband houden met recente culturele veranderingen, met name in de landbouw.24
Intrigerend is dat er geen overtuigend bewijs is om te suggereren dat foeragerende en agrarische samenlevingen verschillen in hun frequentie of ernst van voedseltekorten.25 De wiskundige theorie achter zulke sporadische selectieve periodes geeft echter aan dat de verhoging van de frequentie van zulke predisponerende allelen het sterkst is direct na het voedseltekort en na verloop van tijd zou moeten afnemen.26 Hongersnoden in de steentijd zijn dus geen waarschijnlijke verklaring voor de huidige hoge frequenties van deze allelen. Bovendien zouden hongersnoden in de steentijd niet het waargenomen patroon kunnen voorspellen van de hoogste frequenties van deze allelen in huidige populaties die in het recente verleden te maken hebben gehad met ernstige voedseltekorten. Helaas is de hypothese van het zuinige genotype vaak afgeschilderd als een voorbeeld van aanpassing in het verleden aan een paleolithische levensstijl25,27 ondanks het feit dat Neel, de bedenker van de hypothese, voorbeelden gebruikte van bevolkingsgroepen die in het recente verleden te kampen hadden met voedseltekorten, zoals de Pima-indianen, als voornaamste ondersteuning voor de hypothese.19 Zowel waarnemingen als theorie geven dus aan dat spaarzame genotypen aanwezig zijn in de huidige menselijke populaties als een aanpassing aan recente gebeurtenissen en geen erfenis zijn van de menselijke evolutie die gestopt is in het paleolithicum.
Het spaarzame genotype is uitgebreid en toegepast op de genetische risicofactoren die individuen predisponeren voor veel andere veel voorkomende systemische ziekten, zoals coronaire hartziekte,28,29 metabool syndroom,27 en hypertensie.27 Het is dus goed mogelijk dat de meeste veel voorkomende systemische ziekten bij de mens frequent voorkomen als gevolg van natuurlijke selectie die in recente, zelfs historische tijden heeft plaatsgevonden. Onze cultuur vormt een omgeving die natuurlijke selectie bij de mens induceert. Er vindt dus een adaptieve evolutie plaats in moderne menselijke populaties, en veel van deze recente menselijke evolutie is rechtstreeks van invloed op de incidentie van infectieuze, genetische en systemische ziekten bij de mens.26411>