Jako pastevci na planetě Arakis: lidé se přizpůsobili poušti díky genu, který jim pomáhal zadržovat moč

Genetický výzkum kočovných komunit žijících na severu Keni ukazuje, jak tisíce let přirozeného výběru vedly k přizpůsobení, které umožňuje přežít v podmínkách extrémního sucha

Genetická adaptace umožnila některým skupinám lidí lépe přežít v pouštních oblastech planety.

Po mnoha letech dokumentování způsobu života komunity Turkana na severu Keni čekalo tým Juliena Ayrolesa z Kalifornské univerzity v Berkeley překvapení. Při zkoumání vzorků krve a moči za účelem posouzení zdraví těchto lidí, kteří žijí v jedné z nejsušších oblastí světa, zjistil, že asi 90 % lidí bylo dehydratovaných, ale zdravých.

Po několika měsících výzkumníci tuto záhadu vyřešili a určili genetické adaptace, které těmto pouštním pastevcům umožnily žít v podmínkách extrémního sucha. Jedná se o malý biologický trik způsobený evolucí, podobný tomu, který umožňuje obyvatelům And žít v nemožné výšce, Inuitům přizpůsobit se chladu a Bajau z Indonésie chodit pod vodou po dobu 13 minut. A je to tak úžasné, že to připomíná svět sci-fi románu Dune.

Gen sucha

Pro práci publikovanou v časopise Science vědci sekvenovali 367 kompletních individuálních genomů s odpovídajícím rozlišením a analyzovali více než 7 milionů genetických variant, aby identifikovali oblasti vykazující známky přirozeného výběru. Autoři identifikovali osm úseků DNA s jasnými známkami průchodu tímto filtrem, mezi nimiž zvláště vyniká gen STC1, který se exprimuje v ledvinách a plní dvě klíčové funkce pro život věnovaný pastevectví v takových suchých a vyprahlých oblastech.

Na jedné straně je exprese STC1 regulována antidiuretickým hormonem, což Turkanům umožňuje koncentrovat moč a zadržovat více vody. Na druhé straně může také hrát roli v ochraně ledvin před odpady vznikajícími v důsledku konzumace potravin bohatých na puriny, jako je červené maso. Tyto odpadní látky, jako je močovina a kyselina močová, musí být filtrovány ledvinami a u mnoha lidí může nadbytek purinů způsobit dnu – problém, který se u Turkanů zřejmě vyskytuje jen zřídka.

Turkana si po tisíciletí zachovávají svůj tradiční způsob života, což nám dává jedinečnou příležitost pochopit, jak se člověk přizpůsobuje prostředí.

„Turkana si po tisíciletí zachovávají svůj tradiční způsob života, což nám dává jedinečnou příležitost pochopit, jak se člověk přizpůsobuje svému prostředí,“ tvrdí Ayroles. Tito pastevci jsou kočovníci, kteří žijí v suché oblasti, kde je málo stínu a vody. Pohybují se po celé východní Africe – od Ugandy na západě po Jižní Súdán na severozápadě a Etiopii na severu – po územích, kde je zajištění dostatečného množství vody pro sebe a svá stáda koz a velbloudů každodenním problémem.

Skryté náklady na zdraví

Vědci tvrdí, že doba těchto genetických adaptací se zřejmě shoduje s desertifikací severní Afriky, což naznačuje, že jak se klima před asi 5000 lety stávalo stále suchším, přírodní výběr upřednostňoval genetické varianty, které zlepšovaly přežití v pouštních podmínkách.

Genetické analýzy ukazují, že tyto změny se vyskytují také u sousedních skupin, včetně rendli, kteří žijí v tomto suchém prostředí, proto autoři považují tento případ za dobrý příklad toho, jak se lidské populace vyvíjely v přímé reakci na velké změny životního prostředí. Zároveň se domnívají, že když některé z těchto populací změní svůj životní styl a přestěhují se do městského prostředí, mohou mít tyto adaptace skryté náklady na jejich zdraví.

70 % až 80 % stravy nomádů tvoří produkty živočišného původu, což se mění v jiných, méně drsných podmínkách, kde je více jídla. Při srovnání biomarkerů a genetické exprese v genomech Turků žijících ve městě s genomy jejich příbuzných pastevců výzkumníci zjistili nerovnováhu v genetické expresi, která je může predisponovat k chronickým onemocněním, jako je hypertenze nebo obezita, a také k dalším onemocněním souvisejícím s životním stylem po celém světě, jako je cukrovka, ischemická choroba srdeční a arteriální hypertenze.

Jako obyvatelé Arakisu

„Populace zabývající se kočovným chovem dobytka v Keni jsou potomky migrantů z údolí Nilu před 5000–8000 lety a přežili díky specifickým genetickým variantám v genu STC1, který je velmi důležitý pro funkci ledvin a umožňuje jim absorbovat mnohem více vody, čímž se zvyšuje hladina močoviny v krvi,“ uvádí Gemma Marfani, profesorka genetiky na Barcelonské univerzitě (UB). Jedná se o evoluční kompromis mezi neztrácením vody a zachováním ještě snesitelné hladiny močoviny, poznamenává. „V Africe by byli ekvivalentem Fremenů, lidu obývajícího planetu Arrakis v seriálu „Duna“.“

Byli by ekvivalentem „Fremenů“, lidu obývajícího planetu Arrakis v seriálu „Duna“

Gemma Marfani – profesorka genetiky na Barcelonské univerzitě (UB)

Dalším zajímavým aspektem jsou podle odborníka související změny v genech důležitých pro metabolismus tuků, jako je cholesterol a triglyceridy, které jim umožňují kontrolovat hladinu tuku v krvi, protože jejich strava se skládá převážně z produktů živočišného původu. „Ale tytéž genetické varianty, které byly vybrány pro přežití v tomto drsném prostředí, jsou naopak škodlivé pro lidi z těchto komunit, kteří migrují do příznivějších podmínek s přebytkem jídla a vody, jako jsou města, kde nakonec vyvinou závažná kardiovaskulární a ledvinová onemocnění.“ A lékaři nevědí, jak je léčit a správně diagnostikovat, protože referenční hodnoty jsou založeny na studiích evropské populace a tyto hodnoty nelze extrapolovat na jiné skupiny obyvatelstva.

Tento objev nám říká o úžasné schopnosti lidského druhu přehodnocovat sám sebe a přežívat v nepříznivých podmínkách, přičemž v genomu zanechává biologickou paměť o těchto vítězstvích nad okolním prostředím.

Antonio Salas – genetik z Univerzity v Santiagu (USC)

Podle profesora fyziologie na Baskické univerzitě (UPV-EHU) Juana Ignacia Pereze Iglesiase spočívá klíč k adaptaci ve schopnosti zvýšit propustnost sběrného kanálku ledviny, díky čemuž obnovuje více vody a chrání tyto lidi před extrémní dehydratací, které jsou vystaveni. „Navíc je paradoxní, že mají stravu bohatou na bílkoviny, která se skládá hlavně ze zvířat, což vyžaduje velké množství vody k vylučování zbytků,“ poznamenává. „Proto je tento jev tak zajímavý.“

Na druhou stranu souhlasí s autory v tom, že je pozoruhodné, že náš druh má relativně malou genetickou variabilitu ve srovnání s ostatními, a přesto našel řešení pro nejrůznější problémy. „Tyto změny nám umožnily osídlit prakticky všechny typy ekosystémů na planetě,“ zdůrazňuje Pérez Iglesias. „To zahrnuje oblasti s extrémním suchem, jako v tomto případě, ale přizpůsobili jsme se také Tibetu, pólu nebo dlouhodobému pobytu pod vodou.“

„Genomika aplikovaná na konkrétní populaci nám opět ukazuje, jak stopy evoluce v nás stále přetrvávají,“ komentuje Antonio Salas, genetik z Univerzity v Santiagu (USC). Podle jeho názoru je překvapivé, že k těmto adaptacím došlo v jednom z nejextrémnějších a nejnepřátelštějších prostředí na planetě. „Tento objev nám vypráví nejen o evoluční historii turkana, ale také o úžasné schopnosti lidského druhu přehodnocovat sám sebe a přežívat v nepříznivých podmínkách, přičemž v genomu zanechává biologickou paměť o těchto vítězstvích nad okolním prostředím,“ shrnuje.

Kromě toho, dodává Salas, nám tyto starodávné stopy adaptace také pomáhají pochopit současné jevy, jako je takzvaná hypotéza evoluční neshody, která předpokládá, že mnoho současných onemocnění (typickými příklady jsou obezita a cukrovka) se objevuje proto, že naše tělo se formovalo ve světě, velmi odlišném od toho, ve kterém žijeme dnes, a ne vždy se dokáže přizpůsobit modernímu životnímu stylu.