Când o singură mutație genetică a lăsat mai întâi vechii europeni să bea lapte, aceasta a pregătit scena pentru o revoltă continentală.

Instrumente pentru articole

știri

În anii 1970, arheologul Peter Bogucki excavează un sit din epoca de piatră în câmpiile fertile din centrul Poloniei, când a dat peste un sortiment de artefacte ciudate. Oamenii care locuiseră acolo în urmă cu aproximativ 7.000 de ani se numărau printre primii fermieri din Europa Centrală și lăsaseră în urmă fragmente de ceramică presărate cu găuri mici. Se părea că lutul roșu grosier fusese copt în timp ce era străpuns cu bucăți de paie.

Privind în urmă prin literatura arheologică, Bogucki a găsit alte exemple de ceramică perforată antică. Oamenii „erau atât de neobișnuiți” îi includeau aproape întotdeauna în publicații, spune Bogucki, acum la Universitatea Princeton din New Jersey. Văzuse ceva similar la casa unui prieten care era folosit pentru strecurarea brânzei, așa că a speculat că ceramica ar putea fi legată de fabricarea brânzeturilor. Dar nu avea cum să-și testeze ideea.

Podcast gratuit

Mark Thomas vorbește despre evoluția umană și apariția produselor lactate.

Rutarea lui Roffet-Salque face parte dintr-un val de descoperiri despre istoria laptelui în Europa. Mulți dintre ei provin dintr-un proiect de 300,3 milioane EUR (4,4 milioane USD) care a început în 2009 și a implicat arheologi, chimiști și genetici. Descoperirile acestui grup ilustrează modalitățile profunde prin care produsele lactate au modelat așezarea umană pe continent.

În cea mai recentă eră glaciară, laptele era în esență o toxină pentru adulți, deoarece - spre deosebire de copii - nu puteau produce enzima lactază necesară pentru descompunerea lactozei, zahărul principal din lapte. Dar, pe măsură ce agricultura a început să înlocuiască vânătoarea și recoltarea în Orientul Mijlociu în urmă cu aproximativ 11.000 de ani, păstorii de bovine au învățat cum să reducă lactoza din produsele lactate la niveluri tolerabile fermentând laptele pentru a face brânză sau iaurt. Câteva mii de ani mai târziu, o mutație genetică s-a răspândit în Europa, oferind oamenilor capacitatea de a produce lactază - și de a bea lapte - pe tot parcursul vieții. Această adaptare a deschis o nouă sursă bogată de nutriție care ar fi putut susține comunitățile atunci când recoltele au eșuat.

Această revoluție a laptelui în doi pași ar fi putut fi un factor primordial în a permite trupelor de fermieri și păstori din sud să măture prin Europa și să înlocuiască culturile de vânători-culegători care trăiseră acolo de milenii. „S-au răspândit foarte repede în nordul Europei din punct de vedere arheologic”, spune Mark Thomas, genetician al populației la University College London. Acel val de emigrare a lăsat o amprentă durabilă în Europa, unde, spre deosebire de multe regiuni ale lumii, majoritatea oamenilor pot tolera acum laptele. „S-ar putea ca o mare parte a europenilor să fie descendenți din primii fermieri de lapte care persistă în lactază din Europa”, spune Thomas.

Stomac puternic

Copiii mici produc aproape universal lactază și pot digera lactoza din laptele mamei lor. Dar pe măsură ce se maturizează, majoritatea opresc gena lactazei. Doar 35% din populația umană poate digera lactoza după vârsta de aproximativ șapte sau opt (ref. 2). • Dacă sunteți intolerant la lactoză și beți o jumătate de halbă de lapte, veți fi foarte bolnav. Diareea explozivă - „dizenteria în esență”, spune Oliver Craig, arheolog la Universitatea York, Marea Britanie. „Nu spun că este letal, dar este destul de neplăcut.”

SURSA MAPEI: REF. 2

Majoritatea oamenilor care își păstrează capacitatea de a digera laptele își pot urmări strămoșii în Europa, unde trăsătura pare să fie legată de o singură nucleotidă în care citozina ADN de bază s-a schimbat în timină într-o regiune genomică nu departe de gena lactazei. Există și alte pachete de persistență a lactazei în Africa de Vest (vezi Nature 444, 994 - 996; 2006), Orientul Mijlociu și Asia de Sud care par a fi legate de mutații separate 3 (vezi „Puncte fierbinți lactază”).

Comutatorul cu un singur nucleotid din Europa s-a produs relativ recent. Thomas și colegii săi au estimat momentul analizând variațiile genetice ale populațiilor moderne și efectuând simulări pe computer a modului în care mutația genetică aferentă s-ar fi putut răspândi prin populațiile antice 4. Ei au propus că trăsătura persistenței lactazei, supranumită alela LP, a apărut acum aproximativ 7.500 de ani în câmpiile largi și fertile din Ungaria.

Gena puternică

Odată ce a apărut alela LP, a oferit un avantaj selectiv major. Într-un studiu din 2004 5, cercetătorii au estimat că persoanele cu mutație ar fi produs cu până la 19% mai mulți descendenți fertili decât cei care nu aveau acest lucru. Cercetătorii au numit acest grad de selecție - cel mai puternic văzut încă pentru orice genă din genom.

Compus în câteva sute de generații, acel avantaj ar putea ajuta o populație să preia un continent. Dar numai dacă populația are o cantitate de lapte proaspăt și este lactată, spune Thomas. „Este gena„ co-evoluția culturii. Se hrănesc unul pe celălalt

Pentru a investiga istoria acelei interacțiuni, Thomas a făcut echipă cu Joachim Burger, paleogeneticist la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz din Germania, și Matthew Collins, bioarheolog la Universitatea din York. Au organizat un proiect multidisciplinar numit LeCHE (Lactase Persistence in the Early Cultural History of Europe), care a reunit o duzină de cercetători din cariera timpurie din întreaga Europă.

Studiind biologia moleculară umană și arheologia și chimia ceramicii antice, participanții la LeCHE au sperat, de asemenea, să abordeze o problemă cheie despre originile europenilor moderni. „A fost o întrebare de durată în arheologie - dacă suntem descendenți din agricultorii din Orientul Mijlociu sau din vânătorii-culegători indigeni”, spune Thomas. Argumentul se reduce la evoluție versus înlocuire. Populațiile autohtone de vânători-culegători din Europa au început agricultura și creșterea animalelor? Sau a existat un aflux de coloniști agricoli care au întrecut pe localnici, datorită unei combinații de gene și tehnologie?

O serie de dovezi au provenit din studii de oase de animale găsite în siturile arheologice. Dacă vitele sunt crescute în principal pentru lactate, vițeii sunt în general sacrificați înainte de prima lor zi de naștere, astfel încât mamele lor să poată fi mulse. Dar vitele crescute în principal pentru carne sunt ucise mai târziu, când au ajuns la dimensiunea maximă. (Modelul, dacă nu vârstele, este similar pentru ovine și capre, care au făcut parte din revoluția produselor lactate.)

SURSA MAPEI: REF. 2; FOTOGRAFIE POT: REF. 1

Pe baza studiilor privind modelele de creștere a oaselor, participantul la LeCHE, Jean-Denis Vigne, arheozoolog la Muzeul Național Francez de Istorie Naturală din Paris, sugerează că produsele lactate din Orientul Mijlociu ar putea merge până la momentul în care oamenii au început să domesticească. animale acolo, acum aproximativ 10.500 de ani 6. Acest lucru l-ar plasa chiar după tranziția neolitică din Orientul Mijlociu - când o economie bazată pe vânătoare-culegere a cedat loc unei economii dedicate agriculturii. Produsele lactate, spune Roz Gillis, de asemenea arheozoolog la muzeul din Paris, ar fi putut fi unul dintre motivele pentru care populațiile umane au început să prindă și să păstreze rumegătoare precum bovine, oi și capre. (A se vedea „Diaspora lactate”.)

Produsele lactate s-au extins apoi în concordanță cu tranziția neolitică, spune Gillis, care a analizat creșterea osoasă la 150 de locuri din Europa și Anatolia (Turcia modernă). Pe măsură ce agricultura s-a răspândit din Anatolia în nordul Europei în aproximativ două milenii, produsele lactate au urmat un model similar

De la sine, tiparele de creștere nu spun dacă tranziția neolitică din Europa s-a produs prin evoluție sau înlocuire, dar oasele vitelor oferă indicii importante. Într-un studiu precursor 7, Burger și câțiva alți participanți la LeCHE au descoperit că vitele domestice din siturile neolitice din Europa erau cel mai strâns legate de vacile din Orientul Mijlociu, mai degrabă decât de aurocii sălbatici indigeni. Acesta este un indiciu puternic că păstorii veniți și-au adus vitele cu ei, mai degrabă decât să domesticească local, spune Burger. O poveste similară apare din studiile ADN uman vechi recuperate în câteva situri din Europa centrală, care sugerează că fermierii neolitici nu erau descendenți din vânătorii-culegători care locuiau acolo înainte de 8 .

Luate împreună, datele ajută la rezolvarea originilor primilor fermieri europeni. "Pentru o lungă perioadă de timp, curentul principal al arheologiei europene continentale a spus că vânătorii-culegători mesolitici s-au dezvoltat în fermieri neolitici", spune Burger. „Practic am arătat că sunt complet diferiți”

Lapte sau carne

Având în vedere că produsele lactate din Orientul Mijlociu au început cu mii de ani înainte de apariția alelei LP în Europa, păstorii antici trebuie să fi găsit modalități de a reduce concentrațiile de lactoză din lapte. Se pare că au făcut-o făcând brânză sau iaurt. (Brânzeturile fermentate, cum ar fi feta și cheddar, au o mică parte din lactoza din laptele proaspăt; brânzeturile tari îmbătrânite, similare cu parmezanul, nu au deloc.)

Pentru a testa această teorie, cercetătorii LeCHE au efectuat teste chimice pe ceramica antică. Argila grosieră și poroasă conține suficiente reziduuri pentru ca chimiștii să distingă ce tip de grăsime a fost absorbită în timpul procesului de gătit: indiferent dacă provine din carne sau din lapte și de la rumegătoare, cum ar fi vaci, oi și capre sau de la alte animale. „Asta ne-a oferit o modalitate de a spune ce tipuri de lucruri se găteau”, spune Richard Evershed, chimist la Universitatea din Bristol.

„A fost o întrebare de durată în arheologie - dacă suntem descendenți din fermieri din Orientul Mijlociu sau din vânătorii-culegători indigeni.”

Evershed și colaboratorii săi LeCHE au găsit grăsime din lapte pe ceramică în Semiluna Fertilă din Orientul Mijlociu, cu o vechime de cel puțin 8.500 de ani 9, iar munca lui Roffet-Salque privind ceramica poloneză 1 oferă dovezi clare că păstorii din Europa produceau brânză pentru a-și completa dieta între 6.800 și acum 7.400 de ani. Până atunci, lactatele deveniseră o componentă a dietei neolitice, dar nu era încă o parte dominantă a economiei.

Următorul pas s-a întâmplat încet și se pare că a necesitat răspândirea persistenței lactazei. Alela LP nu a devenit obișnuită în populație decât după ceva timp după ce a apărut pentru prima dată: Burger a căutat mutația în eșantioane de ADN uman vechi și a găsit-o abia acum 6.500 de ani în nordul Germaniei.

Modele create de participantul la LeCHE, Pascale Gerbault, un genetician al populației de la University College London, explică cum s-ar fi putut răspândi trăsătura. Pe măsură ce culturile neolitice din Orientul Mijlociu s-au mutat în Europa, tehnologiile lor agricole și de creștere le-au ajutat să depășească concurența vânătorilor-culegători locali. Și în timp ce sudicii au împins spre nord, spune Gerbault, alela LP a „navigat” pe valul migrației.

Persistența lactazei a devenit mai dificilă în unele zone din sudul Europei, deoarece fermierii neolitici s-au stabilit acolo înainte ca mutația să apară. Dar pe măsură ce societatea agricolă s-a extins spre nord și vest spre un nou teritoriu, avantajul oferit de persistența lactazei a avut un impact mare. „Pe măsură ce populația crește rapid la marginea valului, alela poate crește în frecvență”, spune Gerbault.

Resturile acestui tipar sunt încă vizibile astăzi. În sudul Europei, persistența lactazei este relativ rară - mai puțin de 40% în Grecia și Turcia. În Marea Britanie și Scandinavia, în schimb, peste 90% dintre adulți pot digera laptele.

Cucerirea bovinelor

Până la sfârșitul neoliticului și începutul epocii bronzului, în urmă cu aproximativ 5.000 de ani, alela LP era predominantă în cea mai mare parte a Europei de nord și centrală, iar creșterea bovinelor devenise o parte dominantă a culturii. „Descoperă acest mod de viață și, odată ce pot obține cu adevărat beneficiile nutriționale, cresc sau intensifică și creșterea”, spune Burger. Oasele de bovine reprezintă mai mult de două treimi din oasele animalelor în multe situri arheologice neolitice târzii și timpurii ale epocii bronzului din Europa centrală și de nord.

Cercetătorii LeCHE încă încurcă exact de ce capacitatea de a consuma lapte a oferit un astfel de avantaj în aceste regiuni. Thomas sugerează că, pe măsură ce oamenii s-au mutat spre nord, laptele ar fi fost un gard viu împotriva foametei. Produsele lactate - care ar putea fi depozitate mai mult timp în condiții climatice mai reci - au furnizat surse bogate de calorii, independente de anotimpurile de vegetație sau de recolte proaste.

Alții cred că laptele ar fi putut ajuta, în special în nord, din cauza concentrației sale relativ ridicate de vitamina D, un nutrient care poate ajuta la îndepărtarea bolilor precum rahitismul. Oamenii sintetizează vitamina D în mod natural numai atunci când sunt expuși la soare, ceea ce face dificilă pentru nordici să facă suficient în lunile de iarnă. Dar persistența lactazei a prins rădăcini și în Spania însorită, punând în discuție rolul vitaminei D.

Proiectul LeCHE poate oferi un model pentru modul în care se poate răspunde la întrebările arheologice folosind o varietate de discipline și instrumente. „Au multe tentacule diferite - arheologie, paleoantropologie, ADN antic și ADN modern, analize chimice - toate concentrate pe o singură întrebare”, spune Ian Barnes, paleogeneticist la Royal Holloway, Universitatea din Londra, care nu este implicat în proiect. „Există o mulțime de alte modificări dietetice care ar putea fi studiate în acest fel.”

Abordarea ar putea, de exemplu, ajuta la distrugerea originilor amilazei, o enzimă care ajută la descompunerea amidonului. Cercetătorii au sugerat că dezvoltarea enzimei poate să fi urmat - sau să fi făcut posibilă - apetitul crescând pentru cereale care a însoțit creșterea agriculturii. Oamenii de știință vor, de asemenea, să urmărească evoluția alcoolului dehidrogenazei, care este crucială pentru descompunerea alcoolului și care ar putea dezvălui originea setii de băut a umanității.

Unii dintre participanții la LeCHE cercetează acum mai departe în timp, ca parte a unui proiect numit BEAN (Bridging the European and Anatolian Neolithic), care analizează modul în care primii fermieri și păstori au intrat în Europa. Burger, Thomas și colaboratorii lor BEAN vor fi în Turcia în această vară, urmărind originile neoliticului folosind modele computerizate și analize ADN antice, în speranța de a înțelege mai bine cine au fost primii fermieri și când au ajuns în Europa.

Pe parcurs, vor întâlni beyaz peynir, o brânză sărată cu lapte de oaie consumată cu aproape fiecare mic dejun turcesc. Probabil seamănă mult cu brânza pe care fermierii neolitici din regiune ar fi mâncat-o acum vreo 8.000 de ani - cu mult înainte ca marșul persistenței lactazei să permită oamenilor să bea lapte proaspăt.

Salque, M. și colab. Nature 493, 522 - 525 (2013).

Leonardi, M., Gerbault, P., Thomas, M. G. și Burger, J. Int. Dairy J. 22, 88 - 97 (2012).

Gerbault, P. și colab. Phil. Trans. R. Soc. B 366, 863 - 877 (2011).

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

Bersaglieri, T. și colab. A.m. J. Hum. Genet. 74, 1111 - 1120 (2004).

Vigne, J.-D. în Tranziția demografică neolitică și consecințele sale (ed. Bocquet-Appel, J.-P. & Bar-Yosef, O.) 179 - 205 (Springer, 2008).

Edwards, C.J. și colab. Proc. R. Soc. B 274, 1377 - 1385 (2007).

Bramanti, B. și colab. Știința 326, 137 - 140 (2009).

Evershed, R. P. și colab. Nature 455, 528 - 531 (2008).

De la nature.com