چگونگی گسترش ژن هضم شیر در انسان

به گزارش «ساینس» (Science)، جنوب آسیا، جایی که فرآورده‌های لبنی مانند ماست، پنیر آسیایی و روغن حیوانی؛ از اجزای اصلی رژیم غذایی به شمار می‌روند، به حل یکی از معماهای دیرینه زیست‌شناسی انسان کمک می‌کند: این‌که انسان‌ها چگونه توانایی هضم شیر را به دست آوردند. نوزادان در سراسر جهان آنزیمی به نام «لاکتاز» تولید می‌کنند که قند موجود در شیر؛ یعنی لاکتوز را تجزیه می‌کند. اما بیشتر افراد با افزایش سن این توانایی را از دست می‌دهند و در صورت نوشیدن شیر دچار مشکلات گوارشی می‌شوند. با این حال، برخی افراد می‌توانند تولید این آنزیم را تا بزرگسالی حفظ کنند؛ ویژگی‌ که «پایداری لاکتاز» نام دارد و به آن‌ها اجازه می‌دهد شیر و دیگر محصولات لبنی را مصرف کنند.

نظریه کلاسیک: مزیت تکاملی نوشیدن شیر

دانشمندان مدت‌ها بر این باور بودند که ژن‌های مسئول این ویژگی در برخی جمعیت‌ها گسترش یافته‌اند؛ زیرا نوشیدن شیر برای آن‌ها مزیت تکاملی داشته است. با این حال، شواهد باستان‌شناسی و ژنتیکی نشان می‌دهد انسان‌ها هزاران سال پیش از آن‌که ژن‌های پایداری لاکتاز شایع شوند، لبنیات مصرف می‌کرده‌اند؛ احتمالا پس از تخمیر شیر برای کاهش لاکتوز آن. برخی پژوهشگران حتی پیشنهاد کرده‌اند که ژن‌های پایداری لاکتاز ممکن است نه به ‌دلیل مزیت خودشان بلکه صرفا همراه با ژنی دیگر که مزیتی مستقل ایجاد می‌کرد ــ برای مثال ژنی مرتبط با پاسخ ایمنی به بیماری‌های محلی ــ گسترش یافته باشند.

شواهد تازه از جنوب آسیا: انتخاب طبیعی فقط برای دامداران

اکنون، مطالعه‌ای روی ژنوم انسان‌های امروزی و باستانی از هند، پاکستان و بنگلادش نشان می‌دهد که یک واریانت ژنی که به حفظ تولید آنزیم لاکتاز در دوران بزرگسالی کمک می‌کند، واقعا مزیتی تکاملی قوی ایجاد کرده است؛ اما فقط برای دامدارانی که شیوه زندگی‌شان به مصرف لبنیات وابسته بوده است.

چرا درک ما از تحمل قند لاکتوز ناقص است

«کریستینا وارینر»، انسان‌شناس دانشگاه هاروارد که در این پژوهش نقشی نداشته و این مطالعه را که ماه گذشته به‌ صورت پیش‌چاپ در bioRxiv منتشر شد بررسی کرده، می‌گوید: «این یک مطالعه بسیار خوب، دقیق و مهم است». او می‌افزاید: «توضیح فعلی ما درباره این‌که هضم شیر در بزرگسالی چگونه عمل می‌کند و درک ما از تحمل یا عدم تحمل لاکتوز، واقعا ناقص است». به گفته او، نویسندگان این پژوهش جدید «با تمرکز دقیق بر جمعیت‌های کوچک و مشخص، در پی آن هستند که نشان دهند از نظر سازوکار دقیقا چه اتفاقی رخ می‌دهد».

پراکندگی نابرابر ژن پایداری لاکتاز در اروپا و هند

واریانت ژنی که امکان پایداری لاکتاز را فراهم می‌کند، در نزدیکی ژن تولیدکننده این آنزیم قرار دارد و در حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد از جمعیت‌های شمال اروپا و بریتانیا دیده می‌شود. این واریانت در سراسر هند ـ یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان لبنیات در جهان ـ نیز وجود دارد، اما فراوانی آن متفاوت است؛ از بیش از ۶۵ درصد در مناطق شمالی شبه‌قاره هند تا حدود ۳۰ درصد در جنوب.

این شیب جغرافیایی، مسیر گسترش این ژن در هند را بازتاب می‌دهد. دانشمندان سال‌هاست می‌دانند که واریانت ژنی مشترک میان اروپایی‌ها و جنوب آسیایی‌ها حدود ۵۰۰۰ سال پیش در میان دامداران عصر برنز ــ قبایل کوچ‌نشینی که گاو، گاومیش و بز پرورش می‌دادند ــ در منطقه‌ای که امروزه غرب روسیه محسوب می‌شود، به فراوانی رسید. آن منطقه در آن زمان آب‌وهوایی بسیار سرد داشت و ساکنانش که قادر به کشاورزی نبودند، برای بقا در زمستان‌های طولانی به گوشت و لبنیات وابسته بودند. «وارینر» توضیح می‌دهد: «آن‌ها در محیطی به ‌شدت چالش‌برانگیز از نظر بوم‌شناختی زندگی می‌کردند. وابستگی آن‌ها به لبنیات شدید بود». این دامداران استپی به اروپا و هند مهاجرت کردند و ژن‌های خود را نیز با خود بردند.

بررسی ۸ هزار ژنوم؛ نقش مهاجرت در برابر انتخاب طبیعی

برای درک بهتر چگونگی گسترش این واریانت ژنی در جنوب آسیا، تیمی به سرپرستی پریا مورجانی، ژنتیک‌دان جمعیت در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، بیش از ۸ هزار ژنوم از هند، پاکستان و بنگلادش را بررسی کرد؛ از جمله ۱۲۹ ژنوم باستانی متعلق به افرادی که بین ۳۳۰۰ تا ۳۷۵ سال پیش در دره سوات پاکستان زندگی می‌کردند.پژوهشگران با بررسی فراوانی ژن پایداری لاکتاز، میزان فشار انتخابی-در صورت وجود-بر توانایی هضم شیر را محاسبه کردند.

تبار ژنتیکی مهم‌تر از شیر

نتایج نشان می‌دهد که در مجموع، این تبار ژنتیکی است، نه انتخاب طبیعی، که پایداری لاکتاز را در جنوب آسیا توضیح می‌دهد. این ویژگی به‌طور مستقیم همراه با ورود مهاجران گسترش یافته و از طریق انتقال ژن‌ها میان جمعیت‌ها پخش شده است، نه به این دلیل که نوشیدن شیر به‌طور کلی مزیت تکاملی ایجاد کرده باشد.این نتیجه در تضاد آشکار با جمعیت‌های اروپایی است، جایی که شواهد دی‌ان‌ای نشان می‌دهد ژن‌های پایداری لاکتاز تحت فشار انتخابی شدیدی قرار داشته‌اند.

با این حال، دو جمعیت-تودا در جنوب هند و گوجَر در پاکستان-از این الگو مستثنا بودند. در این گروه‌ها، این ژن آن‌چنان سریع و کامل به فراوانی بالا رسید که تنها فشار انتخابی بسیار شدید می‌تواند آن را توضیح دهد؛ به بیان دیگر، این جمعیت‌ها از مصرف لبنیات سود تکاملی عظیمی برده‌اند. در واقع، به نوشته پژوهشگران، شدت انتخاب طبیعی در این جمعیت‌ها «در زمره شدیدترین موارد شناخته‌شده در تکامل اخیر انسان» است. نکته کلیدی این است که هر دو جمعیت، به‌طور تاریخی سبک زندگی دامداری داشته‌اند؛ مشابه دامداران عصر برنز. حتی امروز نیز اقتصاد آن‌ها حول پرورش گاومیش و گاو می‌چرخد.

ضربه نهایی به یک فرضیه قدیمی

«یوهانس کراوزه»، ژنتیک‌دان موسسه انسان‌شناسی تکاملی ماکس پلانک، می‌گوید این یافته‌ها در کنار هم تصویر قانع‌کننده‌ای از نیروهایی ارائه می‌دهند که پایداری لاکتاز را در هند گسترش داده‌اند. اگر این ژن در بیشتر مناطق جنوب آسیا تحت انتخاب طبیعی قرار نگرفته، اما همچنان در شمال هند با فراوانی نسبتا بالایی دیده می‌شود، پس باید در میان مهاجران استپی اولیه بسیار شایع بوده باشد و ویژگی مشترک آن مهاجران با جمعیت‌های امروزی تودا و گوجر، دامداری است.

کراوزه می‌گوید ظاهرا این واریانت ژنی برای گروه‌های دامدار که به ‌شدت به لبنیات وابسته‌اند، مزیتی بسیار قوی ایجاد می‌کند؛ اما این مزیت در جمعیت‌هایی که کشاورزی و دامداری را با هم ترکیب می‌کنند؛ مانند بیشتر جوامع جنوب آسیا از بین می‌رود. او می‌افزاید: «این نگاه به جنوب آسیا، بینش‌های تازه و بسیار هیجان‌انگیزی درباره معمای پایداری لاکتاز به ما داده است. از نظر من، این یافته‌ها ضربه نهایی به این ایده است که نه شیر بلکه عامل دیگری باعث افزایش فراوانی این ژن شده است».