Переход от растительного к смешанному типу питания антропогенез кратко
Обновлено: 04.07.2024
Лактоза – лишь один из ряда входящих в рацион человека сложных сахаров - дисахаридов. К дисахаридам относятся дисахарид грибов трегалоза и получившая распространение в последние два-три столетия сахароза, содержащаяся в небольших колечествах в различных овощах, фруктах и ягодах, и в значительных количествах - в сахарном тростнике и свекле. Усвоение дисахаридов возможно только после предварительного расщепления ферментом на простые составляющие (моносахариды). Известно, что активность каждого из этих ферментов определяется специфическим геном, но сведения о распределении вариантов этих генов в популяциях человека фрагментарны.
Дисахариды: сахара из сладостей, ягод и грибов
Гены сахаразы-изомальтазы (SI) и трегалазы (TREH)
Анализ показал, что частоты генетически обусловленного снижения активности ферментов-дисахаридаз существенно различаются у коренного населения приполярных регионов, ориентированных в первую очередь на потребление пищи животного происхождения, и в популяциях умеренной климатической зоны, практикующих сельское хозяйство в течение нескольких тысячелетий (Табл. 2) (Gudmand-Hoyer et al. 1996, Kozlov et al. 2005, Козлов 2005).
Табл. 2. Частота неусваиваемости дисахаридов в арктических и европейских популяциях
Коренное население Арктики
Полисахариды: увеличение числа копий гена для усвоения крахмала
Ген амилазы (AMY1)
Крахмал, основной углевод растений, содержится в семенах, клубнях, корневищах и луковицах. Этот полисахарид расщепляется специфическим ферментом - амилазой слюны. У новорожденного ребенка амилаза вырабатывается в сравнительно небольшом количестве, но на протяжении первого года жизни её продукция постепенно возрастает (в противоположность тому, что происходит с кишечной лактазой). Можно предположить, что усиление выработки амилазы – компенсаторный физиологический механизм, позволяющий обеспечить организм растущего ребенка необходимым количеством углеводов по мере снижения доступности молочного сахара (лактозы).
Число копий гена амилазы у человека варьирует от 2 до 15 на диплоидный геном, и пропорционально числу генов варьирует содержание амилазы в слюне.
Как показано недавно, существуют межпопуляционные различия по среднему числу копий гена амилазы. В группах, пища которых содержит много крахмала – земледельцев (евроамериканцы и японцы) и собирателей корней и клубней хадза, в среднем имеется 7 генов амилазы на диплоидный геном, а у охотников-собирателей тропических лесов биака и мбути, скотоводов датога и якутов, ориентированных на скотоводство и рыболовство, употребляющих продукты с низким содержанием крахмала, среднее число генов – 5 (Perry et al. 2007). Исходно у приматов 2 копии гена амилазы.
У обыкновенного шимпанзе и некоторых других приматов две копии гена, и число копий гена одинаково у исследованных особей. Это соответствует данным о том, что у человека в 6-8 раз больше количество белка амилазы в слюне, чем у шимпанзе. У шимпанзе бонобо четыре копии генов, но, видимо, они не активны и амилаза в слюне бонобо может отсутствовать (Perry et al. 2007).
На основе исследования вышеупомянутых немногочисленных, но контрастных по содеражнию крахмала в еде групп, предполагается, что увеличение числа копий произошло под действием позитивного отбора при адаптации к пище, содержащей крахмал (Perry et al. 2007).
Вегетарианцы и мясоеды
Ген аланин-глиоксилат аминотрасферазы (AGXT)
Традиционное питание разных народов значительно отличается по количеству потребляемых жиров, белков и углеводов. Для современных европейцев рекомендованная норма потребления белков животного происхождения составляет примерно 30 г/сут (при общем суточном поступлении 70-100 г белков ), тогда как гренландские эскимосы в 1970-х годах ежедневно потребляли 387 г мяса тюленей и китов (Козлов 2005). Традиционная диета морских зверобоев включала еще большие количества животного белка: согласно подсчетам Д.Фута, в начале ХХ века на каждого охотника-эскимоса ежедневно приходилось до 2 кг мяса морских млекопитающих (Foote 1970).
Усвоение столь больших количеств животных белков возможно лишь при сочетании определенных кулинарных, физиологических и генетических особенностей (Козлов, Вершубская 1999, Козлов 2002, 2005). Пока нет данных о том, изменения каких именно генов обеспечили адаптацию к высокой доле мяса в питании. Один из генов, вероятно, вовлеченных в этот процесс, контролирует обезвреживание в клетках печени глиоксилата - продукта промежуточного метаболизма.
У плотоядных и травоядных млекопитающих глиоксилат образуется из разных исходных веществ, причем синтез его у хищников и травоядных происходит в разных частях печеночной клетки. У плотоядных его образование происходит в митохондриях клеток, а у травоядных – в микротельцах (пероксисомах) (Danpure et al. 1994). Поскольку глиоксилат очень токсичен, обезвреживающий его фермент (аланин-глиоксилат аминотрансфераза), превращающий глиоксилат в аминокислоту глицин, должен находиться в тех же органеллах, в которых синтезируется глиоксилат.
У большинства людей и образование, и обезвреживание глиоксилата происходят в пероксисомах, что, как предполагается, отражает преимущественно вегетарианскую диету дальних эволюционных предков Homo sapiens. Однако у части людей локализация фермента изменена - до 90% его может быть перемещено в митохондрии из-за различных мутаций в гене AGXT, кодирующем данный фермент. Если фермент перемещен в митохондрии, то в его отсутствии образующийся в пероксисомах глиоксилат превращается не в глицин, а в оксалат. Оксалат, в отличие от глицина, не используется организмом, а в виде нерастворимых кристаллов оксалата кальция откладывается в почках и мочевыводящих путях. Это приводит к развитию тяжелой формы почечнокаменной болезни (первичная гипероксалурия типа 1) и гибели в раннем возрасте (см. краткий обзор в (Caldwell et al. 2004)).
Однако если в митохондрии перенесена лишь небольшая часть фермента, это может оказаться адаптивным при диете, включающей большое количество мяса (Caldwell et al. 2004). Этим условиям соответствует мутантный вариант гена AGXT*Pro11Leu, при котором активность фермента распределена между пероксисомами (около 95%) и митохондриями (около 5%). Среди обследованных групп в мире самая низкая частота такого варианта гена найдена у китайцев (2.3%), а самая высокая – у саамов (27.9%) (Caldwell et al. 2004) (табл. 3).
Табл. 3. Частота варианта гена AGXT*Pro11Leu, предположительно адаптивного при диете, включающей большое количество мяса.
Некоторые из нас любят поесть, с удовольствием пробуют новые экзотические кушанья и разнообразные кулинарные изыски. Другие предпочитают простую еду и, вместо возни на кухне с приготовлением сложного блюда, уделяют время пище духовной. Но немногие задумываются о том, что сама пища духовная появилась, вообще говоря, не в последнюю очередь благодаря пище телесной: еда сыграла ключевую роль в антропогенезе.
Доктор исторических наук, ведущий научный сотрудник Института археологии РАН Мария Добровольская утверждает, что эволюции человека благоприятствовало расширение источников питания. Ископаемые приматы, которые не перешли на смешанное (содержащее и растительные углеводы, и белки животного происхождения) питание, к происхождению рода Homo отношения не имеют.
Вы какие трупы предпочитаете?
Резонный вопрос: можно ли узнать, что именно ели наши предки? Антропологи с уверенностью отвечают: да. Вещества, попадающие в организм и далее в костную ткань, остаются в ней надолго. Скелет (или хотя бы его фрагменты) при определённых условиях может сохраниться с глубокой древности до наших дней. Изучение микроэлементного состава археологических костных останков (метод химического анализа) позволяет достаточно точно реконструировать тип питания и говорить о том, какую пищу употреблял индивид: растительную, животную, насекомых, морскую или речную живность и т.д.
Выбор пищевой стратегии в разные периоды антропогенеза, конечно, не был произвольным — к нему вынуждало в первую очередь изменение климатических условий. В течение длительного периода — с 5 по 1,5 млн лет назад — в Африке обитали различные виды австралопитеков. За время своего существования они вынуждены были приспосабливаться к значительным изменениям окружающей среды. Климат из тёплого и влажного становился холодным и сухим. Привычная для австралопитеков зона тропических лесов исчезала, смещаясь к экватору, ей на смену приходила саванна, чередовавшаяся с участками сезонного леса. В такой ситуации привычной для них растительной пищи стало не хватать, вернее сезонные леса не могли больше быть её источником круглый год. Чтобы выжить, австралопитеки были вынуждены перейти на употребление белков животного происхождения.
Их источником могла стать охотничья добыча. Но охота часто сопряжена со смертельной опасностью для ловцов. Между тем австралопитеки не имели мощных когтей и клыков, им было трудно передвигаться по открытым пространствам. Поэтому охота потребовала от них новых навыков, и в первую очередь — согласованности совместных действий, а также орудий, способных уравнять их физические данные с добычей. Пока австралопитеки вырабатывали и совершенствовали технологию охоты, одновременно развивая социальные связи внутри сообщества, источником животного белка для них зачастую выступала падаль — трупы палых животных, остатки трапезы хищника.
Сочетание некрофагии, охоты и собирательства, а может быть, их чередование по сезонам позволили австралопитекам не только выжить в сложных условиях, но и дали толчок к дальнейшему развитию. На протяжении существования австралопитеков у них увеличиваются общие размеры тела, объём мозга, продолжительности жизни. Считается, что где-то среди австралопитеков и зародилась ветвь предков Homo.
У неандертальцев не болели зубы. Зато они вымерли
Между тем следование только одному типу питания могло оказаться губительным для вида. До сих пор обсуждается вопрос о том, почему вымерли неандертальцы. Исследование костной ткани неандертальцев изотопным методом показывает, что они питались в основном мясом. Белки животного происхождения употреблялись ими в пищу довольно стабильно, и, вероятнее всего, неандертальцы были специализированными охотниками на определённые виды травоядных млекопитающих (свидетельства о поедании ими падали или рыбы единичны).
нтересным аргументом в пользу явной плотоядности неандертальцев может служить крайне низкая распространённость кариеса у представителей этой популяции. Логика такова: патологии зубов связаны в том числе с системой питания. Для развития в зубах кариесных полостей в ротовой полости должна быть среда, благоприятная для роста бактерий, вызывающих кариес (Streptococus mutans). Такую среду создают ферментированные углеводы. Поскольку переваривание углеводов начинается уже в ротовой полости под воздействием слюны, одной из причин возникновения кариеса можно считать увеличение легко расщепляемых углеводов в питании. Именно поэтому учёные наблюдают широкое распространение зубных болезней в древних обществах, освоивших земледелие. Однако кариес — редкое заболевание среди неандертальцев, значит, углеводы не занимали сколько-нибудь видное место в их диете.
История человечества — история разнообразной пищи
С появлением термической технологии обработки пищи — использования огня для приготовления еды — сокращаются различия в массе и размерах тела между особями мужского и женского пола в сообществах эректусов, причём происходит это за счёт увеличения массы тела последних. Объяснение напрашивается само собой: в обществах с присваивающим укладом хозяйства собирательством всегда занимается женская часть населения. Мужчины же промышляют охотой, которая, впрочем, не всегда заканчивается удачно. Учитывая этот фактор, нужно признать, что продукты собирательства составляли основу питания для женщин, детей и стариков (как мясо — для мужчин). Начав варить злаковые или запекать корнеплоды и другую растительную пищу, женщины улучшили качество прежде всего своего питания.
Этим роль кухни в человеческой эволюции не ограничивается: учёные связывают с ней формирование социальных паттернов, сохранившихся до наших дней. Приготовлением пищи занимались в основном женщины — просто потому, что они были более привязаны к месту стоянки, чем мужчины. При этом термически обработанная пища становилась объектом посягательств со стороны чужаков, которые могли не только отобрать у женщин еду, но и совершить в отношении них насилие. С того времени, когда архантропы, перестав бояться огня, стали использовать его себе во благо (для согрева, отпугивания животных, приготовления пищи), только и можно говорить о возникновении устойчивых поведенческих стереотипов: мужчины как охотника/защитника/разбойника и женщины как хранительницы очага, матери, дающей пищу и нуждающейся в защите мужчины.
Не всякая еда одинаково полезна
Или, например, использование молока: этот продукт появился в человеческом рационе относительно недавно, ведь взрослые млекопитающие, как правило, не могут его усваивать. У современного человечества наблюдается генетический полиморфизм, который выражается в том, что не все взрослые могут воспринимать цельное молоко. Вероятнее всего, его могут усваивать представители тех народов, которые с древности используют в пищу цельное молоко, а не сквашенное. Больше всего взрослых людей, без проблем расщепляющих молочные сахара, в Северной Европе. Южнее группы, у которых присутствует фермент лактаза, встречаются намного реже.
Гипотезы происхождения жизни. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции.
Происхождение человека
Антропогенез и его закономерности. Доказательства родства человека с млекопитающими животными. Экологические факторы антропогенеза: усложнение популяционной структуры вида, изготовление орудий труда, переход от растительного к смешанному типу питания, использование огня. Появление мыслительной деятельности и членораздельной речи. Происхождение человеческих рас.
Демонстрации
Популяция — структурная единица вида, единица эволюции. Движущие силы эволюции.
Возникновение и многообразие приспособлений у организмов. Редкие и исчезающие виды.
Движущие силы антропогенеза. Происхождение человека и человеческих рас.
Основы экологии. Бионика.
Предмет и задачи экологии: учение об экологических факторах, учение о сообществах организмов, учение о биосфере.
Экологические факторы, особенности их воздействия. Экологическая характеристика вида. Понятие об экологических системах. Цепи питания, трофические уровни. Биогеоценоз как экосистема.
Биосфера и человек.
Биосфера — глобальная экосистема. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Роль живых организмов в биосфере. Биомасса. Биологический круговорот (на примере круговорота углерода). Основные направления воздействия человека на биосферу. Трансформация естественных экологических систем. Особенности агроэкосистем (агроценозов).
Демонстрации
Экологические факторы и их влияние на организмы.
Межвидовые отношения: паразитизм, хищничество, конкуренция, симбиоз. Ярусность растительного сообщества.
Круговорот углерода в биосфере. Заповедники и заказники России.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
по специальностям СПО профессионального образования 117 часов,
5 фактов о причинах перехода от травоядной диеты к плотоядной и конкуренции между Homo и неандертальцами
Над материалом работали
доктор исторических наук, ведущий научный сотрудник отдела теории и методики (группа физической антропологии) Института Археологии
Читайте также: