Переход к неолиту сказался на биологии человека. Одно из его последствий — развитие способности усваивать молоко. Первые следы употребления молока были найдены у крестьян Анатолии и относятся к 6500 году до н. э. Обнаружили их при анализе остатков липидов в глиняной посуде, найденной вблизи Мраморного моря. В Европе самые древние свидетельства употребления молока датируются 5000 лет до н. э.: это фесели, или цедилки для сыворотки (посуда с отверстиями в дне), найденные в Куявии (Польша). Доказано, что их использовали для изготовления сыра. Тем не менее способность людей эпохи неолита усваивать молоко не может не удивлять, и вот почему.

Люди — млекопитающие, и наши дети, как и детеныши всех млекопитающих, усваивают молоко: один из ферментов, лактаза, расщепляет лактозу (молочный сахар), превращая ее в глюкозу и галактозу. Но у взрослых людей этот фермент, как правило, перестает вырабатываться. Тем не менее сегодня существуют человеческие популяции, где до 90% взрослых имеют активную лактазу. В этом случае говорят об устойчивости лактазы, или о толерантности к лактозе. Изучая распределение таких популяций в мире, мы убеждаемся, что эта особенность свойственна популяциям скотоводов.

Откуда взялась эта биологическая аномалия? Несколько десятилетий ученые спорили о том, стала ли эта восходящая к неолиту толерантность к лактозе результатом постоянного употребления свежего молока, заставившего организм к нему приспособиться, или же она закодирована генетически. Только после 2000 года удалось выявить мутации, позволяющие лактазе оставаться активной у взрослых. Они расположены в регуляторном участке гена лактазы, на расстоянии примерно 14 тысяч пар от основы этого гена. У европейских популяций толерантность к лактозе в большинстве случаев объясняется одной мутацией, у африканских — тремя, у популяций Ближнего Востока — тоже одной. Это прекрасный пример конвергентной эволюции, при которой различные мутации приводят к одному и тому же биологическому результату.

При исследовании участков ДНК, окружающих каждую из мутаций, удалось доказать, что эти мутации в значительной степени подверглись естественному отбору. Речь идет о биокультурной эволюции: культурное изменение, в данном случае появление земледелия, влечет за собой изменение условий, в которых живут человеческие популяции, за которым следует изменение в их биологии. Иными словами, культура воздействует на биологию. Способность людей усваивать свежее молоко исследуют с 1970-х годов, и это наиболее изученный пример такого воздействия.

Как выявить давление естественного отбора?

Принцип тут следующий. О том, как давно появился тот или иной вариант гена, можно узнать по длине ДНК вокруг мутации у нескольких индивидов — носителей этой мутации. Когда в геноме образуется мутация, она возникает лишь на одном конце ДНК и передается следующему поколению вместе с прилегающим к ней участком. Но при каждой передаче происходят рекомбинации, разрушающие участок ДНК вокруг мутации. Таким образом, из поколения в поколение длина унаследованного от предков участка ДНК вокруг мутации сокращается. Следовательно, измерив длину участка ДНК вокруг мутации у современных индивидов, можно определить, сколько поколений назад началась передача этой мутации: если фрагмент велик, значит, мутация недавняя, и наоборот — если фрагмент ДНК вокруг мутации короткий, мутация давняя.

В отсутствие естественного отбора на распространение того или иного варианта гена требуется много времени. Но в случае со способностью усваивать молоко мутации, вызывающие толерантность к лактозе, часты, а длина общего участка ДНК указывает на то, что они сравнительно новые. Иначе говоря, мутации участились недавно и произошло это очень быстро. А значит, популяции подверглись сильному давлению отбора.

Исходя из того, какие участки ДНК (общие для носителей этой мутации — см. врезку) окружают мутацию, исследователи подсчитали, что она начала распространяться несколько тысяч лет назад (в Европе — около 5500 лет до н. э.). И эта дата вполне соответствует зарождению скотоводства в разных регионах мира.

Вот какую историю можно восстановить: несколько тысяч лет назад некоторые человеческие популяции перешли к скотоводству и свежее молоко стало важной составляющей их рациона. Взрослые носители мутации, позволявшей усваивать молоко, получили преимущество с точки зрения выживания и размножения. Из поколения в поколение частота мутации возрастала и сегодня достигает 75–80% у народов Северной Европы (например, у финнов и ирландцев), Центральной Европы и некоторых скотоводческих народов Африки (таких, как тутси, туареги и бедуины).

И наоборот: среди китайцев и американских индейцев, которым употребление свежего молока во взрослом возрасте не давало никакого биологического преимущества, частота этой мутации меньше 5%. Сейчас считается, что к лактозе толерантны приблизительно 30% населения мира. Обратите внимание: вовсе не изменения в рационе в сторону большего потребления свежего молока привели к появлению мутаций, позволяющих его усваивать; такие мутации, редкие и бесполезные, встречались и раньше — просто изменение образа жизни превратило их из нейтральных в полезные.

Центральная Азия, где я особенно люблю проводить исследования, хранит еще немало подобных тайн. В этом регионе бок о бок живут скотоводы и земледельцы, и первые употребляют больше молочных продуктов. Многие ли из них толерантны к лактозе? (Напомню, что большей части китайцев эта толерантность не свойственна.) Если да, то новая ли это мутация, отличная от тех, какие наблюдаются в Европе и на Ближнем Востоке? И как давно естественный отбор начал благоволить этой мутации?

В поисках ответа на эти вопросы мы с коллегами организовали экспедицию к казахам. Нас интересовали скотоводы, и наш выбор пал на деревню с преимущественно казахским населением. Этот народ издавна разводит скот, о чем свидетельствуют древние исторические источники (некоторым из них несколько сотен лет). В Казахстане обнаруживаются и самые ранние следы употребления кобыльего молока: около 5000 лет назад его пили представители так называемой ботайской культуры. Что касается земледельцев, для их изучения мы выбрали район Бухары, где жители сел традиционно занимаются земледелием и где археологи нашли следы древних земледельческих поселений.

Из-за особенностей экспедиции мы слегка изменили протокол: помимо обычного сбора ДНК, мы проводили еще и тестирование на способность усваивать лактозу среди взрослого населения. Через сельских врачей мы просили добровольцев приходить с утра натощак. Чтобы наше исследование было достаточно серьезным и заслуживающим доверия, нам предстояло собрать образцы примерно у ста человек из каждой деревни. Но наше оборудование позволяло обследовать в день не более 20 человек. Ежедневно, прежде чем получить согласие каждого из участников, мы объясняли очередной группе добровольцев суть проекта.

Наша первая задача состояла в том, чтобы определить содержание глюкозы в крови натощак. Если уровень глюкозы у кого-то оказывался слишком высоким, что указывало на возможность диабета, мы отстраняли этого человека от участия в исследовании и сообщали об анализах лечащему врачу. Кроме того, у всех участников мы измеряли содержание водорода в выдыхаемом воздухе. После этого каждый принимал по 50 граммов лактозы, растворенной в воде, что соответствует ее содержанию в литре молока. Дело в том, что толерантность к лактозе позволяет усваивать свежее молоко в больших количествах, но чтобы выпивать, к примеру, стакан молока в день, быть толерантным к лактозе совершенно не обязательно.

Через 20 и через 40 минут мы измеряли содержание глюкозы в крови. Если испытуемый толерантен к лактозе, то его фермент преобразует лактозу в глюкозу и мы сможем констатировать пик гликемии. Через 120 и 180 минут мы определяли концентрацию водорода в выдыхаемом воздухе: если человек не усваивает лактозу, то у него в желудке образуются газы и мы установим пик содержания водорода. Именно сочетание двух этих показателей — концентрации водорода в выдыхаемом воздухе и уровня сахара в крови — позволяет определить, толерантен ли человек к лактозе.

Попутно мы предлагали участникам ответить на вопросы об их ощущениях в процессе пищеварения: боль, тяжесть в животе и т. д. Эти ощущения не всегда связаны с толерантностью к лактозе: случается, что физиологически толерантные люди жалуются на тяжесть в желудке, тогда как у других, нетолерантных, какие-либо симптомы отсутствуют. Эта часть исследования была призвана показать, что исключительно по жалобам на боли или вздутие живота нельзя судить о неспособности усваивать лактозу.

Наконец, у каждого участника мы брали несколько миллилитров крови, чтобы извлечь из нее ДНК. Весь процесс занимал немало времени; к счастью, добровольцы проявили терпение и пошли нам навстречу. Чтобы скрасить ожидание, мы общались с ними и показывали парижские фотографии. На следующий день мы через врача связывались с каждым участником и сообщали, есть ли у него толерантность к лактозе. А главное — после недели сбора образцов мы устраивали в каждой деревне банкет для всех участников. Все произносили тосты, каждый в свой черед выражал благодарность, высказывал какие-то мысли. Одна из самых трогательных их услышанных мною фраз процитирована в прологе: «Благодаря вам наша деревня появится на карте мира».

По возвращении в Париж мы провели анализ ДНК. Результаты показали, что животноводы действительно чаще оказываются толерантными к лактозе, чем земледельцы, но такая толерантность была выявлена лишь примерно у 25% взрослых. Это очень далеко от 80% у некоторых народов Северной Европы! Чем объяснить этот относительно невысокий показатель? Прежде всего приходит в голову, что животноводством в этом регионе люди занялись недавно. Но генетические анализы показали, что мутация — та же самая, что и у европейцев, — и здесь участилась несколько тысяч лет назад. Эта гипотеза оказалась несостоятельной.

На самом же деле ответ следует искать в особенностях ферментации молока. Действительно, жители Центральной Азии употребляют главным образом кисломолочные продукты. Например, из кобыльего молока здесь делают кумыс. А кислое молоко содержит микроорганизмы, которые способствуют усвоению лактозы (они присутствуют, например, в таких кисломолочных продуктах, как йогурт и кефир). Стало быть, вполне вероятно, что в Центральной Азии люди тысячелетиями употребляли кисломолочные продукты.

Другие популяции из молочных продуктов употребляли преимущественно сыр, откуда лактоза механически удаляется при коагуляции белков. К примеру, на Ближнем Востоке, где люди раньше всех в Евразии начали разводить скот и где распространено употребление молочных продуктов, толерантность к лактозе встречается не так уж часто — примерно у 40% населения.

В человеческом геноме ген, отвечающий за усвоение молока, — один из тех, в которых сильнее всего проявляются признаки недавнего естественного отбора. Иными словами, носители этой мутации с биологической точки зрения несомненно обладали заметным преимуществом, помогающим выживать и размножаться, хотя природу этого преимущества еще предстоит уточнить. У других связанных с питанием генов выявлены селективные последствия, датированные тем же периодом. Словом, не в обиду будь сказано некоторым современным диетологам, было бы ошибкой думать, что мы можем приспособиться к палеолитической диете…

Переход к неолиту ознаменовался серьезными изменениями в рационе человеческих популяций. Люди стали в больших количествах употреблять не только молочные продукты, но и сахара в виде содержащегося в злаках крахмала. Именно в неолитическую эпоху наши предки начали страдать от кариеса, и это можно объяснить употреблением злаковых каш.

Это не единственное подобное наблюдение: в целом, по сравнению с палеолитом, состояние здоровья людей в эпоху неолита ухудшилось. Так, из-за роста плотности населения появились возбудители таких болезней, как корь и туберкулез. Недоедание и болезни оставили следы на скелетах: бороздки на зубах (указывающие на задержку роста), множество мелких отверстий в костях вокруг глаз (там, где кость особенно тонкая), более хрупкое телосложение… Такие особенности с приходом неолита стали особенно частыми.

Связано ли появление болезней с близостью домашних животных, от которых людям могут передаваться возбудители? Сопоставим эту гипотезу с наиболее изученным случаем — с заболеванием туберкулезом. Эту болезнь вызывает Mycobacterium tuberculosis — микобактерия, которая в форме Mycobacterium bovis обнаруживается и у крупного рогатого скота. Было подсчитано, что до изобретения антибиотиков около 2–4% смертей от туберкулеза наступало вследствие заражения от животных через молоко. Однако основная доля смертности от туберкулеза приходится на человеческую форму бактерии, и современные исследования направлены скорее на выявление древнего пути передачи возбудителя от людей к животным: то есть туберкулез крупного рогатого скота, похоже, произошел от человеческого туберкулеза и передался через других хозяев.

Следовательно, передача возбудителя через животных из-за близкого соседства с ними лишь частично объясняет появление туберкулеза. Распространенность этого заболевания объясняется скорее возросшей плотностью человеческих популяций. Самые ранние следы туберкулеза, подтвержденные анализом ДНК, выявлены в скелетах женщины и ребенка из удивительного неолитического поселения Атлит-Ям к югу от Хайфы (возраст поселения около 9000 лет, его руины были обнаружены в море на глубине 10 метров). На обоих скелетах присутствуют характерные для этой болезни повреждения.

Следы других заболеваний на костях увидеть труднее. Патологические изменения скелетов могут указывать не только на наличие болезни в популяции, но и на то, что человек прожил достаточно долго, чтобы болезнь наложила свой отпечаток на его кости. Между тем, в случае эпидемии, которая привела к быстрым смертям, на скелетах могло не остаться никаких признаков недуга.

Итак, меняя образ жизни и тем самым воздействуя на окружающую среду, человек сталкивается с новыми биологическими проблемами, к которым впоследствии частично адаптируется. И здесь проявляются наши отличия от людей эпохи палеолита. Значительные изменения в рационе и образе жизни, вызванные переходом к неолиту, вписаны в наш геном.