ADAPTIVE EVOLUTION INDUCED BY HUMAN CULTURE
Nie ma wątpliwości, że rolnictwo i jego ciągły rozwój znacznie zmieniły środowisko człowieka. Zmiany środowiskowe często wywołują ewolucję adaptacyjną, a ludzie nie są tu wyjątkiem. Zilustruję to najpierw przykładami ludzkiej ewolucji w odpowiedzi na choroby zakaźne. Rolnictwo zmieniło środowisko człowieka na wiele sposobów, ale dwie ważne zmiany dotyczyły liczby ludzi i gęstości ich lokalnych populacji. Od czasu rozwoju rolnictwa populacja ludzka rosła w przybliżeniu w sposób wykładniczy. Rolnictwo wymusza bardziej osiadły tryb życia, a ludzie muszą mieszkać w pobliżu swoich pól. W rezultacie, nawet wczesne systemy rolnicze spowodowały duży wzrost lokalnej gęstości zaludnienia. Ta kombinacja zwiększonej liczby ludzi i zwiększonego zagęszczenia lokalnego stworzyła nowe środowisko demograficzne, które było idealne do rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych. W ten sposób rolnictwo zwiększyło znaczenie czynników zakaźnych jako czynników selektywnych w ewolucji człowieka. Dobrym tego przykładem jest pionierska praca Wiesenfelda.5 Malajski system rolniczy, po raz pierwszy rozwinięty w południowo-wschodniej Azji, szeroko wykorzystuje uprawy korzeni i drzew, które są przystosowane do wilgotnych, tropikalnych środowisk. Ludy malajsko-polinezyjskie, które rozwinęły ten system rolniczy, stały się również doskonałymi żeglarzami, którzy skolonizowali wiele wysp, w tym wyspę Madagaskar u wschodnich wybrzeży Afryki około 2000 lat temu. Malajski system rolniczy został później przejęty przez ludy mówiące językiem Bantu na kontynencie afrykańskim około 1500 lat temu i szybko rozprzestrzenił się w wilgotnych, tropikalnych częściach tego kontynentu. W nienaruszonych lasach deszczowych Afryki malaria jest rzadką chorobą, ale na obszarach, na które wprowadzono malajski system rolniczy, malaria stała się powszechna. Zwiększona liczba i gęstość zaludnienia pozwoliła na zarażenie większej liczby osób w danym czasie oraz na przebywanie osób zarażonych w bliskim sąsiedztwie osób niezarażonych, co z kolei zwiększyło prawdopodobieństwo przenoszenia malarii przez komary. Z powodu rolnictwa malaria stała się głównym czynnikiem zakaźnym w tej i innych populacjach ludzkich, a co za tym idzie – głównym czynnikiem selekcyjnym. W rezultacie populacje ludzkie zaczęły się przystosowywać do malarii w drodze selekcji naturalnej. W Afryce Subsaharyjskiej jedną z głównych adaptacji było zwiększenie przez dobór naturalny częstości występowania allelu sierpowatego w locus łańcucha β hemoglobiny, który nadaje odporność na malarię osobnikom heterozygotycznym dla allelu sierpowatego. Podobne siły selektywne były wprowadzane wszędzie tam, gdzie rolnictwo stwarzało warunki do uczynienia z malarii trwałej choroby epidemicznej, a populacje ludzkie z kolei przystosowały się do malarii poprzez zwiększenie częstości występowania wielu alleli w wielu różnych loci, w tym różnych talasemii i alleli niedoboru dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej oprócz sierpowatości.4 Pod względem liczby osób dotkniętych chorobą, te antymalaryczne adaptacje same w sobie stanowią ogromną większość klasycznych mendlowskich chorób genetycznych, które dotykają ludzkość. Przypuszcza się, że inne genetyczne choroby mendlowskie również zostały wybrane jako adaptacje do środowisk stworzonych przez człowieka. Na przykład, populacje Żydów aszkenazyjskich mają wysoką częstotliwość występowania alleli chorobowych w czterech różnych loci genetycznych – Tay-Sachs, Gaucher, mukolipidoza typu IV i Niemann-Pick – które powodują defekty w magazynowaniu sfingo-lipidów. Motulsky6 wysunął hipotezę, że wszystkie te cztery choroby genetyczne stanowią adaptację do gruźlicy, która z kolei stała się ważnym czynnikiem selekcyjnym ze względu na powstawanie gett, chociaż hipoteza ta pozostaje kontrowersyjna7. Niezależnie od tego, nie ma wątpliwości, że większość chorób genetycznych u ludzi wynika z naturalnej selekcji dostosowującej populacje ludzkie do czynników zakaźnych, których selektywne znaczenie zostało zwiększone, a nie zmniejszone, przez ewolucję kulturową.8
Pomimo postępów w nowoczesnej medycynie, czynniki zakaźne pozostają ważnym czynnikiem selektywnym u ludzi dzisiaj. Plaga malarii nie zniknęła, co tydzień umiera na nią 20 000 ludzi.9 Co więcej, wraz ze wzrostem populacji ludzkich zmieniliśmy nasze środowisko, wdzierając się w siedliska coraz większej liczby innych gatunków. W rezultacie wiele chorób zakaźnych innych gatunków ma coraz większe szanse na zarażenie ludzi, a niektóre z tych międzygatunkowych czynników zakaźnych z powodzeniem przystosowały się do ludzi jako swoich żywicieli. Te kulturowo uwarunkowane zmiany środowiskowe stworzyły zupełnie nowy obszar troski o zdrowie: pojawiające się choroby zakaźne. Jednym z bardziej dramatycznych ostatnich przykładów jest ewolucja HIV z SIV, retrowirusa, który infekuje inne naczelne, takie jak szympansy.10 Udana adaptacja HIV do ludzi z kolei stworzyła selektywną siłę dla ludzi, aby dostosować się do HIV, co możemy faktycznie obserwować w obecnych populacjach ludzkich.11,12
Jak pokazują powyższe przykłady, ewolucja kulturowa człowieka nie powstrzymała populacji ludzkich od przystosowania się do chorób zakaźnych, ale raczej najprawdopodobniej zintensyfikowała ewolucję adaptacyjną człowieka do chorób zakaźnych. To samo jest również prawdziwe dla chorób ogólnoustrojowych. Zamiast być ewolucyjnym dziedzictwem z epoki kamiennej, istnieje wiele dowodów na to, że geny leżące u podstaw ryzyka wielu powszechnych chorób układowych zostały wybrane dla ich skutków po rozwoju ludzkiego rolnictwa. Jednym z bardziej powszechnych chorób układowych nękających ludzi dzisiaj jest cukrzyca typu II, która rośnie w alarmującym tempie. Wzrost ten jest tak szybki, że nie może wynikać ze zmian ewolucyjnych w populacji ludzkiej, ale raczej ze zmian środowiskowych, takich jak zmiany w diecie i stylu życia.13 Niemniej jednak cukrzyca typu II, a także wiele innych chorób ogólnoustrojowych, nadal może odzwierciedlać wpływ ewolucji adaptacyjnej w najnowszej historii człowieka.
Pomysł, że geny predysponujące osobnika do cukrzycy typu II mogą reprezentować niedawną ewolucję adaptacyjną, został po raz pierwszy zaproponowany przez Neela14 jako „thrifty genotype hypothesis”. Hipoteza ta postuluje, że te same stany genetyczne, które predysponują do cukrzycy, powodują również szybkie wyzwalanie insuliny, nawet jeśli fenotyp cukrzycy nie jest wyrażony. Taki szybki wyzwalacz jest korzystny, gdy osoby cierpią okresowo z powodu głodu, ponieważ minimalizowałby nerkową utratę glukozy i skutkowałby bardziej efektywnym wykorzystaniem pożywienia. Kiedy żywność jest bardziej obfita, selekcja przeciwko tym genotypom byłaby łagodna, ponieważ wiek wystąpienia fenotypu cukrzycy jest zwykle po większości reprodukcji i ponieważ wysokocukrowe, wysokokaloryczne diety spotykane w nowoczesnych społeczeństwach, które pomagają wywołać fenotyp cukrzycy, są bardzo niedawne w historii ewolucyjnej człowieka.
Kiedy Neel zaproponował tę hipotezę, niewiele było wiadomo o czynnikach genetycznych, które predysponowałyby osobnika do cukrzycy, ale wiele badań asocjacyjnych obejmujących cały genom zidentyfikowało kilka loci genetycznych, które mają takie predysponujące allele.15 Ponadto przeprowadzono wiele badań populacyjnych, które wykazały, że częstość występowania cukrzycy w warunkach obecnej diety wysokokalorycznej jest większa w populacjach, w których niedawno wystąpiły klęski głodu lub diety ograniczające kalorie.16-19 Na przykład Indianie Pima z amerykańskiego południowego zachodu byli wcześniej łowcami-zbieraczami i rolnikami, którzy wykorzystywali nawadnianie do hodowli różnych grup, ale głównie kukurydzy. Żyli oni jednak w jałowej części kraju, a ich system rolniczy oparty na kukurydzy był narażony na okresowe niepowodzenia w czasie suszy. Sytuacja ta uległa pogorszeniu pod koniec XIX wieku, kiedy to europejscy imigranci z Ameryki zmienili bieg rzek wykorzystywanych przez Pimów do nawadniania, co doprowadziło do powszechnego głodu. Wraz z upadkiem ich systemu rolniczego, Pima, którzy przeżyli, byli zależni od diety wydawanej przez rząd, która składała się z wysokotłuszczowej, wysoko rafinowanej żywności. Obecnie wśród dorosłych Indian Pima 37% mężczyzn i 54% kobiet cierpi na cukrzycę typu 2, co stanowi jeden z najwyższych wskaźników zachorowalności znanych w populacjach ludzkich.19 Innego przykładu dostarcza populacja ludzka na mikronezyjskiej wyspie Nauru.17,18 Nauruańczycy ucierpieli z powodu dwóch skrajnych przypadków naturalnej selekcji oszczędnych genotypów w swojej najnowszej historii. Po pierwsze, ich populacja została założona przez ludzi, którzy podejmowali wielotygodniowe podróże kajakami między wyspami. W licznych poświadczonych przykładach takich długich podróży kajakowych wielu podróżników umierało z głodu. Po drugie, Nauruańczycy byli wtedy odróżnieni od większości innych wyspiarzy Pacyfiku przez ich ekstremalny głód i śmiertelność podczas Drugiej Wojny Światowej. Oba te epizody doprowadziłyby do silnej selekcji na oszczędne genotypy. Po II wojnie światowej zewnętrzna firma górnicza podpisała lukratywną umowę z Nauruańczykami o prawa do bogatego w fosforany ptasiego guana. Z ich nowo znalezionym bogactwem, rafinowane jedzenie stało się obfite. W tym nowym środowisku żywieniowym, około 28% dorosłej populacji cierpi na cukrzycę typu 2, podczas gdy w poprzednim pokoleniu cukrzyca była praktycznie nieznana.
Obserwacje podsumowane powyżej wspierają hipotezę oszczędnego genotypu, ale być może najsilniejsze dowody pochodzą z rozwoju metod analitycznych, które mogą wykryć obecność niedawnej pozytywnej selekcji dla allelu przez podpis taki wybór pozostawia w genomicznym regionie wokół wybranego wariantu. Kilka alleli predysponujących do cukrzycy wykazuje znaczącą sygnaturę niedawnej pozytywnej selekcji, szczególnie w populacjach najbardziej podatnych na cukrzycę.20-23 Obserwacje te bezpośrednio wskazują, że genetyczne czynniki ryzyka cukrzycy były faworyzowane przez naturalną selekcję w najnowszej historii ewolucji człowieka. Co więcej, te same nowe metody analityczne ujawniły dużą liczbę innych genów, które podlegały intensywnej pozytywnej selekcji u ludzi i które są związane z ostatnimi zmianami kulturowymi, szczególnie w rolnictwie.24
Co ciekawe, nie ma niepodważalnych dowodów sugerujących, że społeczeństwa zbieracko-łowieckie i rolnicze różnią się pod względem częstotliwości lub dotkliwości niedoborów żywności.25. Jednak teoria matematyczna stojąca za takimi sporadycznymi epizodami selektywnymi wskazuje, że wzrost częstotliwości takich predysponujących alleli jest najsilniejszy zaraz po niedoborze żywności i powinien zanikać z czasem.26 W związku z tym głody w epoce kamiennej są mało prawdopodobnym wytłumaczeniem dla obecnych wysokich częstotliwości tych alleli. Co więcej, głody w epoce kamiennej nie przewidywałyby, że obserwowany wzór tych alleli jest w najwyższej częstotliwości w obecnych populacjach, które zostały poddane poważnym niedoborom żywności w niedalekiej przeszłości. Niestety, hipoteza oszczędnego genotypu jest często przedstawiana jako przykład przeszłej adaptacji do paleolitycznego stylu życia25,27, pomimo faktu, że Neel, twórca hipotezy, używał przykładów populacji narażonych na niedawne niedobory żywności, takich jak Indianie Pima, jako głównego wsparcia dla hipotezy.19 Stąd zarówno obserwacje, jak i teoria wskazują, że oszczędne genotypy są obecne w obecnych populacjach ludzkich jako adaptacja do niedawnych wydarzeń i nie są dziedzictwem ludzkiej ewolucji, która zatrzymała się w paleolicie.
Oszczędny genotyp został rozszerzony i zastosowany do genetycznych czynników ryzyka predysponujących osoby do wielu innych powszechnych chorób ogólnoustrojowych, takich jak choroba wieńcowa,28,29 zespół metaboliczny,27 i nadciśnienie.27 Tak więc większość powszechnie występujących u ludzi chorób ogólnoustrojowych może być częsta z powodu doboru naturalnego działającego w ostatnich, a nawet historycznych czasach. Nasza kultura stanowi środowisko, które indukuje selekcję naturalną u ludzi. Ewolucja adaptacyjna postępuje zatem we współczesnych populacjach ludzkich, a wiele z tej ostatniej ewolucji człowieka ma bezpośredni wpływ na częstość występowania chorób zakaźnych, genetycznych i układowych u ludzi.
.