Американские и перуанские генетики установили, что около 10 тысяч лет назад переход к картофельной диете вызвал значительные изменения в геноме коренных жителей южноамериканских Анд. Для эффективного усвоения большого количества крахмала у этих народов произошло многократное копирование гена слюнной амилазы AMY1. Современные перуанцы по числу копий этого гена занимают первое место в мире.

Генетические особенности усвоения крахмала

Ген AMY1 отвечает за выработку фермента амилазы, который начинает расщеплять сложные углеводы на простые сахара уже в ротовой полости. В человеческом геноме этот ген представлен переменным числом копий — от двух до двадцати. Чем больше копий, тем выше уровень фермента и быстрее усваивается крахмалистая пища.

Исторический контекст и генетические исследования

Андский регион считается родиной картофеля, где земледелие появилось тысячи лет назад. Долгое время предполагалось, что преобладание крахмалистой пищи должно было повлиять на генетический состав местного населения, однако сложная структура участка ДНК затрудняла изучение этой адаптации.

В новом исследовании были проанализированы геномы 3723 человек из 85 мировых популяций, с особым вниманием к ДНК перуанских индейцев кечуа и мексиканских индейцев майя. Эти народы имеют общее происхождение, но их предки одомашнили разные культуры: кечуа — картофель, майя — кукурузу.

Результаты анализа

Выяснилось, что у коренных перуанцев (кечуа) и индейцев пима из Северной Америки зафиксировано самое высокое число копий гена AMY1 — медианное значение составляет 10 копий, тогда как мировой средний показатель равен семи. Был обнаружен специфический генетический вариант (гаплотип), содержащий пять и более гаплоидных копий амилазы.

Математическое моделирование показало, что изначально этот вариант встречался у южноамериканских индейцев редко (около 2%), но затем под действием направленного естественного отбора его частота у кечуа выросла до 45%. Это событие началось примерно 10 тысяч лет назад, что совпадает с археологическими данными о времени одомашнивания картофеля в районе озера Титикака.

Сопутствующие генетические изменения и последствия

Параллельно с увеличением числа копий гена амилазы у андинцев эволюционировал и ген MGAM, отвечающий за фермент, перерабатывающий углеводы на следующем этапе пищеварения в кишечнике. Подобное дублирование генов наблюдается и у других видов: например, у собак число копий амилазы резко увеличилось по сравнению с дикими волками после перехода к жизни рядом с человеком и употребления его пищи.

Однако такая адаптация имеет и обратную сторону. Высокий уровень амилазы приводит к тому, что крахмал расщепляется до простых сахаров уже во рту, создавая благоприятную среду для бактерий. В настоящее время более 85% перуанских школьников страдают от кариеса.

Выводы

Исследование продемонстрировало, что резкое изменение рациона может запускать быструю адаптацию популяции. Для приспособления к новым условиям эволюция использует механизм прямого дублирования целых генетических блоков, что позволяет оптимизировать физиологию организма под новый источник энергии.