Přírodní výběr mohl postupně zvýhodnit také genetické varianty, které pomáhaly spalovat tuk na teplo. A některé z těchto změn nápadně připomínají řešení, k němuž nezávisle dospěli lidé v úplně jiné části světa – grónští Inuité.
Jōmoni se stali genetickým archivem mnohem starší populace
Kultura Jōmon je spojována s lovci, sběrači a rybáři, kteří po tisíce let obývali japonské souostroví. Samotné kosterní pozůstatky použité v nové studii ale nejsou staré 20 nebo 30 tisíc let. Výzkumníci nově sekvenovali DNA 25 jedinců a spojili ji se 17 již dříve publikovanými jōmonskými genomy. Celkem tak pracovali se 42 lidmi převážně z holocénu.
Proč z nich tedy usuzovat na dobu ledovou?
Protože jejich genetická linie se podle rekonstrukce oddělila od kontinentálních východoasijských populací přibližně před 27 000 až 19 000 lety, tedy v období posledního glaciálu. Následná geografická izolace na japonském souostroví pomohla uchovat část genetických znaků této mnohem starší populace. Autoři proto Jōmony používají jako jakýsi genetický archiv východoeurasijských lovců a sběračů pozdního paleolitu, z něhož lze zpětně rekonstruovat dávné selekční tlaky.
Právě to je na studii důležité.
Vědci neříkají, že muž nebo žena žijící před pěti tisíci lety právě bojovali s vrcholem doby ledové. Sledují v jejich genomech stopy evolučních změn, které pravděpodobně začaly mnohem dříve.
A několik stop ukazovalo stejným směrem.
Tělo nemusí při výrobě tepla vůbec začít třást
Když je člověku zima, jednou z nejviditelnějších reakcí je třes. Svaly se rychle stahují a jejich práce vytváří teplo.
Existuje ale i méně nápadný systém: netřesová termogeneze.
Významnou roli v ní hraje hnědá tuková tkáň. Na rozdíl od běžného bílého tuku, jehož hlavní úlohou je ukládat energii, je hnědý tuk vybaven velkým množstvím mitochondrií a dokáže energii z živin přeměňovat přímo na teplo.
A právě kolem tohoto systému našli autoři několik zajímavých selekčních signálů. V práci zmiňují mimo jiné genetické oblasti spojené s UCP1, klíčovým proteinem netřesové termogeneze, a také s geny zapojenými do metabolismu tuků a regulace tělesné hmotnosti.
U jedné z variant spojovaných s produkcí tepla v hnědé tukové tkáni dosahovala příslušná alela v analyzovaných jōmonských genomech frekvence kolem 73 procent. U dnešních kontinentálních východoasijských populací to bylo přibližně 17 procent.
To samozřejmě neznamená, že každý Jōmon byl čtyřikrát odolnější proti zimě.
Jednotlivá genetická varianta není termostat.
Výsledek je zajímavý tím, že více nezávislých genetických signálů souvisejících s výrobou tepla a hospodařením s energií mířilo stejným směrem.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Tuk mohl být zároveň zásobárnou i palivem
Na první pohled může adaptace na chlad působit jednoduše: čím více tuku člověk uloží, tím lépe je izolovaný.
Jenže metabolická stránka chladu je komplikovanější.
Tělo potřebuje nejen energii schovat, ale také ji ve správný okamžik rychle zpřístupnit. Mastné kyseliny mohou sloužit jako palivo pro tkáně, které energii spalují, včetně hnědého tuku.
Výzkumníci proto zaujaly také varianty související s APOA5, regulací lipidů v krvi, a s oblastí FTO, která je dnes známá především kvůli souvislostem s tělesnou hmotností a metabolismem. V jōmonské linii nacházeli známky pozitivní selekce i v dalších genech ovlivňujících zpracování tuků.
Vzniká tak zajímavější obraz než pouhé „lidé v chladu ztloustli“.
Jejich metabolismus mohl být postupně nastaven tak, aby:
hospodařil s energetickými zásobami,
uměl tuky efektivněji zpracovávat,
a část energie dokázal využít pro výrobu tepla bez svalového třesu.
To všechno ale zatím vyvozujeme z genetických asociací. Autoři sami upozorňují, že z genomu lidí, kteří zemřeli před tisíci lety, nelze přímo změřit jejich tělesnou teplotu, množství hnědého tuku nebo rychlost metabolismu.
Je tedy fér mluvit o pravděpodobné adaptaci, nikoli o dokonale rekonstruované fyziologii.
A pak vědci porovnali Jōmony s Inuity
Právě zde začíná jedna z nejhezčích částí studie.
Když výzkumníci analyzovali oblast genomu spojenou se zpracováním mastných kyselin, zjistili, že frekvence některých adaptivních variant u Jōmonů připomínala více grónské Inuity než současné východoasijské populace.
To neznamená, že by Jōmoni byli Inuity nebo že obě populace zdědily celý adaptační balík od nějaké společné nedávné skupiny.
Mnohem zajímavější vysvětlení je konvergentní evoluce.
Ta nastává, když odlišné populace nebo organismy nezávisle narazí na podobný problém a přírodní výběr je dovede k podobnému řešení.
V Grónsku byla už dříve popsána silná selekce genetických variant ovlivňujících metabolismus nenasycených mastných kyselin. Byla spojována s tradiční stravou bohatou na mořské živočichy a zároveň s arktickým prostředím.
Předci Jōmonů žili tisíce kilometrů daleko.
Ale čelili kombinaci, která měla společné prvky:
chlad a významný podíl živočišných, zejména vodních zdrojů potravy.
Evoluce přitom nemusí kopírovat přesně stejnou mutaci, aby dosáhla podobného výsledku. Stačí, když selekční tlak opakovaně zvýhodňuje cesty vedoucí ke stejnému metabolickému cíli.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Archeologie už dávno ukazovala na vodu a tuk
Genetický příběh je navíc zajímavý tím, že se potkává s úplně jiným typem důkazů.
Jōmoni patřili k mimořádně raným uživatelům keramiky. V některých nejstarších japonských nádobách starých až kolem 15 000 let se zachovaly zuhelnatělé organické zbytky.
Chemické analýzy lipidů ukázaly, že značná část těchto nádob byla využívána ke zpracování sladkovodních a mořských organismů. Pozdější studie stovek keramických fragmentů potvrdily, že vodní zdroje zůstávaly v jídelníčku raných Jōmonů důležité i během velkých klimatických změn na přelomu pleistocénu a holocénu.
To samozřejmě neznamená, že všichni Jōmoni jedli stejnou stravu. Kultura trvala tisíce let a rozprostírala se přes rozsáhlé území s obrovskými regionálními rozdíly.
Ale genetika a archeologie zde vytvářejí zajímavou shodu.
Na jedné straně máme nádoby se stopami ryb a dalších vodních organismů.
Na druhé genetické varianty související se zpracováním tuků a tvorbou tepla.
A mezi nimi prostředí, které bylo během posledního glaciálu podstatně chladnější než dnes.
Adaptace nevznikla jedním evolučním skokem
Autoři se pokusili zjistit ještě něco důležitějšího:
Kdy se vybrané genetické varianty začaly šířit?
Protože měli jōmonské genomy z různých období a dokázali rekonstruovat jejich populační historii, mohli modelovat změnu frekvence některých alel v čase.
Výsledky naznačily, že u alespoň jednoho významného signálu byla síla pozitivní selekce větší během posledního glaciálního období než po jeho skončení.
A ještě zajímavější je, že všechny změny pravděpodobně nevznikly současně.
Některé varianty spojené s tolerancí chladu mohly být přítomné už v populacích, z nichž se předci Jōmonů oddělili. Další se pak zřejmě staly častějšími právě v jejich vlastní linii.
To dobře odpovídá tomu, jak evoluce většinou skutečně funguje.
Neexistuje okamžik:
„Dnes začala doba ledová, zítra dostaneme nový gen.“
Populace už obsahuje genetickou variabilitu. Když se prostředí změní, někteří jedinci díky určité kombinaci variant přežívají nebo mají potomky o něco úspěšněji. Rozdíl může být nepatrný.
Ale po stovkách generací se jeho důsledky sečtou.
Nezachránily je jen geny
Tady je zároveň potřeba zabrzdit jeden svůdný příběh.
Homo sapiens nepřežil dobu ledovou proto, že by si „vyvinul lepší topení“.
Lidé měli ještě jeden mimořádně mocný adaptační systém, který většina živočichů nemá v podobné míře:
kulturu.
Oheň, oblečení, přístřeší, lov, rybolov, sdílení potravy, znalost krajiny a později keramické nádoby dokážou měnit podmínky přežití mnohem rychleji, než se může změnit genom.
Právě vztah mezi kulturní a biologickou adaptací je na lidské evoluci fascinující. Geny mohou umožnit lépe využívat určitou stravu. Nová technologie zpřístupní nový typ potravy. Změněný jídelníček pak vytvoří nový selekční tlak.
Není to souboj „příroda versus kultura“.
Obojí se může vzájemně posilovat.
Studie Jōmonů tedy neukazuje člověka pasivně čekajícího, až ho genetika zachrání před zimou. Spíš odhaluje populaci, jejíž technologie, prostředí, strava a biologie se mohly po tisíce let vyvíjet společně.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Doba ledová možná stále žije v tělech dnešních lidí
Evoluce samozřejmě nekončí ve chvíli, kdy se klima oteplí.
Varianty, které byly výhodné před dvaceti tisíci lety, mohou v populaci přetrvávat dlouho poté, co původní prostředí zmizelo. Část jōmonské genetické složky navíc přežívá v současných obyvatelích Japonska. Starší genomické práce ukazují, že dnešní japonská populace vznikla několika migračními a populačními vrstvami, přičemž Jōmoni tvoří jednu z jejích významných ancestrálních složek.
To otevírá druhou část příběhu, která už přesahuje archeologii.
Genetická adaptace na prostředí minulosti může ovlivňovat metabolické vlastnosti a zdravotní rozdíly lidí v prostředí současném. Varianta, která byla výhodná při nedostatku potravy, chladu nebo vysokém příjmu určitého typu tuku, nemusí mít stejný význam v moderním životě s vytápěnými budovami a úplně jinou stravou.
Autoři proto zdůrazňují, že paleogenomika není jen způsob, jak zjistit, odkud naši předci přišli.
Může nám také pomoci pochopit, proč naše těla dnes reagují tak, jak reagují.
Naše biologie totiž nevznikala pro svět supermarketů, radiátorů a kanceláří.
Její část byla vybírána v zimách, které si dnes dokážeme jen obtížně představit.
Největší dědictví doby ledové možná není v kostech, ale v metabolismu
Když hledáme stopy dávných lidí, přirozeně myslíme na kamenné nástroje, kosti, ohniště nebo keramiku.
Nová práce ukazuje jiný typ archeologického naleziště.
Lidský genom.
V několika tisících let starých kostrách mohou přežívat změny, které začaly desítky tisíc let před smrtí jejich nositelů. A ty mohou vyprávět o tlaku prostředí stejně jako vrstva popela nebo lovecký nástroj.
U předků Jōmonů se nyní rýsuje obraz lidí, kteří se během přesunu do chladnějšího prostředí neměnili pouze kulturně.
Měnil se pomalu i způsob, jakým jejich těla hospodařila s energií.
Přírodní výběr mohl zvýhodňovat jedince, jejichž organismus dokázal lépe využívat tuk a vyrábět teplo, aniž by musel spoléhat pouze na třes svalů.
A tisíce kilometrů daleko dospěla jiná lidská populace pod tlakem chladu a mořské stravy k některým překvapivě podobným metabolickým řešením.
Doba ledová tedy po sobě nezanechala jen ledovcová údolí a změněné pobřeží.
Část její historie může být stále napsaná přímo v lidské DNA.
Věděli jste, že…
…hnědý tuk není výbavou pouze kojenců? Dlouho se předpokládalo, že u dospělých lidí téměř mizí, moderní zobrazovací metody ale potvrdily aktivní hnědou tukovou tkáň i u dospělých. Její aktivita se může zvyšovat při vystavení chladu a její mitochondrie obsahují protein UCP1, který umožňuje část energie namísto tvorby ATP uvolnit jako teplo. Právě genetické oblasti spojené s tímto systémem patří mezi ty, které nová analýza Jōmonů spojuje s dávnou adaptací na chlad.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Science Advances – Jomon genomics reveal cold adaptation in Upper Paleolithic hunter-gatherers of eastern Eurasia [2], bioRxiv – Cold adaptation in Upper Paleolithic hunter-gatherers of eastern Eurasia [3], Science – Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation [4], Science Advances – Ancient genomics reveals tripartite origins of Japanese populations [5], Nature – Earliest evidence for the use of pottery [6], Proceedings of the National Academy of Sciences – The impact of environmental change on the use of early pottery by East Asian hunter-gatherers [7]. img AI generated
