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¿Por qué evolucionaron los europeos para convertirse en tolerantes a la lactosa? | Ciencia| Revista Smithsonian (smithsonianmag.com)
Hace solo 5.000 años, a pesar de que era parte de su dieta, prácticamente ningún humano adulto podía digerir adecuadamente la leche. Pero en un abrir y cerrar de ojos evolutivo, los europeos del norte comenzaron a heredar una mutación genética que les permitió hacerlo. El rasgo se hizo común en solo unos pocos miles de años, y hoy en día se encuentra en hasta el 95 por ciento de la población. Al juntar fragmentos de cerámica neolítica y genomas humanos antiguos, los científicos pueden haber resuelto el enigma de cómo evolucionó la tolerancia europea a la lactosa.
En un estudio publicado hoy en Nature, los investigadores compararon la evidencia arqueológica de 9.000 años de uso de leche europea con la genética, y encontraron una evolución inusualmente rápida de la tolerancia a la lactosa entre los europeos mucho después de que comenzaron a consumir la bebida. Los autores sugieren que algo más extremo que el consumo regular de leche impulsó el cambio genético. Los factores estresantes excepcionales como las hambrunas y los patógenos pueden haber exacerbado los efectos gastrointestinales típicamente leves de la leche sobre los intolerantes a la lactosa, creando episodios mortales de diarrea y deshidratación, al tiempo que hacen que la capacidad de digerir la leche sea más valiosa.
"Reescribe los libros de texto sobre por qué beber leche era una ventaja", dice el autor principal Richard Evershed, director del Centro de Investigación de Biogeoquímica de la Universidad de Bristol. "Para desarrollar una mutación genética tan rápidamente, algo tiene que apiolar a las personas que no la portan".
El amplio estudio, dirigido por Evershed y colegas de la Universidad de Bristol y el University College de Londres, incluyó contribuciones de expertos de otros 20 países.
Casi todos los bebés de todo el mundo nacen con la capacidad de digerir la lactosa; después de todo, se encuentra en la leche materna. Pero alrededor de dos tercios de los adultos ya no pueden digerir el azúcar natural de la leche porque la producción de una enzima que digiere la leche llamada lactasa se apaga después de que han terminado el destete. Es por eso que la mayoría de la población adulta del mundo es lactasa no persistente, también conocida como intolerante a la lactosa.
El otro tercio de la población adulta del mundo ha desarrollado tolerancia a la lactosa, lo que significa que siguen produciendo lactasa, y eso es particularmente cierto entre grupos como los de ascendencia del norte de Europa.
Shevan Wilkin, antropólogo biológico del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Historia Humana, dice que hasta hace quizás cinco años, la historia de la tolerancia a la lactosa parecía simple. Una vez que grupos de humanos comenzaron a pastorear animales y beber su leche, los beneficios para la salud de la leche favorecieron a aquellos que podían digerirla, mientras que las dolencias digestivas trabajaron en contra del éxito de los intolerantes, por lo que la mutación genética que ayudó a los humanos a digerir la leche finalmente se extendió a través de esas poblaciones.
"Luego nos dimos cuenta de algunas tendencias locas", dice Wilkin, que no participó en el estudio. "Cuando miras los genomas antiguos, nadie tiene tolerancia a la lactosa hasta hace poco, los últimos miles de años". Para que un rasgo genético se generalice tan rápidamente, debería haber una razón muy importante por la cual las personas que lo tienen sobreviven y se reproducen, mientras que otras mueren.
"También nos dimos cuenta de que las enormes poblaciones en toda la estepa, las personas en el kazakstán moderno, Rusia, Mongolia, las personas que beben una tonelada de leche, no son persistentes en la lactasa en absoluto". Si los simples beneficios de beber mucha leche produjeron y propagaron una mutación para la persistencia de la lactasa, los habitantes de la estepa seguramente deberían haber desarrollado el rasgo tal como lo hicieron los europeos.
Además, los estudios de ADN humano antiguo han demostrado que la mutación genética que permitió la persistencia de la lactasa europea no parece algo que confiera una ventaja nutricional marginal. En los genomas europeos es el rasgo más favorecido por la selección natural positiva en los últimos 10.000 años.
Los autores utilizaron varias líneas de investigación diferentes para profundizar en el turbio pasado de la leche europea.
Richard Evershed y sus colegas mapearon el uso de la leche humana durante los últimos 9.000 años, creando una enorme base de datos a partir de 6.899 residuos de grasa animal derivados de 13.181 fragmentos de cerámica de 554 sitios arqueológicos de toda Europa. En las últimas tres décadas, los científicos, con expertos como Evershed a la cabeza, han desarrollado métodos para analizar la cerámica antigua y revelar evidencia de lo que contenía.
Como la suerte, o la ciencia, lo haría, la grasa de la leche se absorbe en la cerámica antigua y se conserva a un nivel notable. El estudio de las composiciones de isótopos de carbono de los dos ácidos grasos principales que existen y persisten en las grasas animales degradadas en las macetas revela que la leche deja una firma distintiva porque se produce de una manera diferente a la grasa de la canal en animales rumiantes.
Evershed encontró abundante evidencia de que los humanos estaban bebiendo leche ampliamente, en toda Europa, desde hace unos 9.000 años.
El coautor Mark Thomas, genetista evolutivo del University College de Londres, lanzó su propio proyecto de mapeo, este trazando dónde y cuándo apareció la variante genética que permitió la persistencia de la lactasa en los europeos. Revisando las secuencias de ADN de más de 1.700 humanos prehistóricos, descubrió que su primera aparición no fue hasta hace unos 5.000 años, o unos 4.000 años después de que comenzara el consumo regular de leche. La mutación se ha convertido en algo común en el corto tiempo desde entonces, pero su aparición tardía significa que los humanos estuvieron bebiendo leche durante miles de años antes de que pudieran digerirla.
Thomas y sus colegas compararon los conjuntos de datos de Evershed para el uso histórico de la leche en Europa con la evidencia genética del aumento de la tolerancia a la lactosa. No encontraron ninguna relación entre los cambios en el uso de la leche a lo largo del tiempo y el aumento de la capacidad de los humanos para tolerar la lactosa.
Eso es desconcertante, porque para los humanos que no digieren la lactosa, el componente de la leche azucarada puede causar problemas intestinales que van desde flatulencia hasta diarrea. Por esta razón, los intolerantes a la lactosa no beben mucha leche, o al menos eso es lo que muchos habían asumido erróneamente.
De hecho, el trabajo del coautor George Davey Smith muestra que beben leche, según su estudio de los datos del Biobanco del Reino Unido, que incluye a más de 500,000 personas vivas. Su análisis no encontró prácticamente ninguna diferencia entre el consumo de leche de adultos persistentes y no persistentes. También encontró que la mayoría de los bebedores de leche no persistentes no informaron impactos en la salud a largo plazo, nada que acortara su vida útil o redujera su capacidad de reproducirse. "Entonces, ¿cómo es posible que las personas hayan sido productores de leche cuando la lactasa no era persistente?" Evershed pregunta. "Porque pueden consumir leche felizmente y obtener beneficios para la salud de ella".
El hallazgo de George Davey Smith creó otra pregunta para los investigadores; si las personas intolerantes a la lactosa pueden beber leche sin efectos nocivos importantes, ¿qué impulsó el dramático cambio genético que causó que tantos europeos desarrollaran rápidamente tolerancia a la lactosa?
Algún factor o factores deben haber adelantado rápidamente la evolución de la tolerancia a la lactosa, probablemente haciéndola críticamente importante e incluso una cuestión de vida o fin.
"Ahí es donde comenzamos a imaginar escenarios en los que este sería el caso", explica Evershed.
Mark Thomas teoriza que la hambruna puede haber jugado un papel importante. Por lo general, a la mayoría de los adultos no tolerantes no les irá demasiado mal después de beber leche, señala. "Tienes flatulencia, diarrea, no es agradable, puede ser desagradable y vergonzoso, pero nadie murió de intolerancia a la lactosa".
"Pero si tienes diarrea cuando estás gravemente desnutrido, entonces tienes problemas reales", continúa. "Esa es una de las principales causas de fin en el mundo incluso hoy en día". Si los alimentos como los granos se agotan durante una hambruna, los humanos no persistentes pueden recurrir a consumir muchos más productos lácteos, exactamente cuando no deberían, lo que podría tener el mayor impacto perjudicial en su salud.
Davey Smith, director de la Unidad de Epidemiología Integrativa del MRC de la Universidad de Bristol, tiene una idea diferente con un concepto similar; él teoriza que los patógenos jugaron un papel importante. Aunque su trabajo muestra que beber leche no está perjudicando la salud de los adultos no tolerantes hoy en día, es potencialmente un problema importante entre aquellos que sufren de trastornos intestinales, deshidratación y otras dolencias. Durante los tiempos en que los humanos vivían juntos, entre animales domésticos y carecían de una higiene adecuada, la enfermedad probablemente se generalizó y puede haber debilitado gravemente a muchas personas para quienes la diarrea y la deshidratación impulsadas por la lactosa resultaron fatales. Por otro lado, aquellos que podían beber y digerir la leche tenían un recurso para ayudarlos a salir adelante.
El equipo puso a prueba estas ideas utilizando modelos que sugerían que la variante genética para la persistencia de la lactasa aumentaba en las poblaciones cuando se veían afectadas por la hambruna o los patógenos.
Los factores estresantes ambientales que impulsaron la tolerancia a la lactosa podrían haber funcionado en conjunto, y podrían haber sido muy diferentes durante cada una de las cinco veces diferentes en que se sabe que han evolucionado en Europa, Oriente Medio y África.
"En Europa podría tratarse de asentamientos y hambruna, mientras que en África, por ejemplo, podría ser mucho más sobre sequías y mayores cargas de enfermedades", dice Thomas.
Los métodos del grupo también podrían emplearse para averiguar qué sucedió donde los humanos nunca desarrollaron la capacidad de digerir la leche cuando el sentido común sugiere que podrían haberlo hecho.
"Porque a través de la estepa [euroasiática] las personas que no son persistentes en la lactasa están bebiendo una tonelada de leche", dice Shevan Wilkin. "¿Qué estaba pasando donde eso no evolucionó, cuando sí evolucionó en Europa?"
Wilkin agrega que los científicos han estado flotando varias ideas para explicar los misterios de la digestión de la leche, incluida la forma en que la tolerancia a la lactosa evolucionó tan tarde y tan rápidamente, y por qué los grandes consumidores de leche como los habitantes de la estepa siguen siendo intolerantes a la lactosa. Ahora, dice, existe un marco que puede investigar más a fondo esas preguntas.
"Es una empresa impresionante. Y a través de eso se les han ocurrido algunas ideas que tienen mucho sentido".
Brian Handwerk | LEER MÁS
Brian Handwerk es un corresponsal científico con sede en Amherst, New Hampshire.
Hace solo 5.000 años, a pesar de que era parte de su dieta, prácticamente ningún humano adulto podía digerir adecuadamente la leche. Pero en un abrir y cerrar de ojos evolutivo, los europeos del norte comenzaron a heredar una mutación genética que les permitió hacerlo. El rasgo se hizo común en solo unos pocos miles de años, y hoy en día se encuentra en hasta el 95 por ciento de la población. Al juntar fragmentos de cerámica neolítica y genomas humanos antiguos, los científicos pueden haber resuelto el enigma de cómo evolucionó la tolerancia europea a la lactosa.
En un estudio publicado hoy en Nature, los investigadores compararon la evidencia arqueológica de 9.000 años de uso de leche europea con la genética, y encontraron una evolución inusualmente rápida de la tolerancia a la lactosa entre los europeos mucho después de que comenzaron a consumir la bebida. Los autores sugieren que algo más extremo que el consumo regular de leche impulsó el cambio genético. Los factores estresantes excepcionales como las hambrunas y los patógenos pueden haber exacerbado los efectos gastrointestinales típicamente leves de la leche sobre los intolerantes a la lactosa, creando episodios mortales de diarrea y deshidratación, al tiempo que hacen que la capacidad de digerir la leche sea más valiosa.
"Reescribe los libros de texto sobre por qué beber leche era una ventaja", dice el autor principal Richard Evershed, director del Centro de Investigación de Biogeoquímica de la Universidad de Bristol. "Para desarrollar una mutación genética tan rápidamente, algo tiene que apiolar a las personas que no la portan".
El amplio estudio, dirigido por Evershed y colegas de la Universidad de Bristol y el University College de Londres, incluyó contribuciones de expertos de otros 20 países.
Casi todos los bebés de todo el mundo nacen con la capacidad de digerir la lactosa; después de todo, se encuentra en la leche materna. Pero alrededor de dos tercios de los adultos ya no pueden digerir el azúcar natural de la leche porque la producción de una enzima que digiere la leche llamada lactasa se apaga después de que han terminado el destete. Es por eso que la mayoría de la población adulta del mundo es lactasa no persistente, también conocida como intolerante a la lactosa.
El otro tercio de la población adulta del mundo ha desarrollado tolerancia a la lactosa, lo que significa que siguen produciendo lactasa, y eso es particularmente cierto entre grupos como los de ascendencia del norte de Europa.
Shevan Wilkin, antropólogo biológico del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Historia Humana, dice que hasta hace quizás cinco años, la historia de la tolerancia a la lactosa parecía simple. Una vez que grupos de humanos comenzaron a pastorear animales y beber su leche, los beneficios para la salud de la leche favorecieron a aquellos que podían digerirla, mientras que las dolencias digestivas trabajaron en contra del éxito de los intolerantes, por lo que la mutación genética que ayudó a los humanos a digerir la leche finalmente se extendió a través de esas poblaciones.
"Luego nos dimos cuenta de algunas tendencias locas", dice Wilkin, que no participó en el estudio. "Cuando miras los genomas antiguos, nadie tiene tolerancia a la lactosa hasta hace poco, los últimos miles de años". Para que un rasgo genético se generalice tan rápidamente, debería haber una razón muy importante por la cual las personas que lo tienen sobreviven y se reproducen, mientras que otras mueren.
"También nos dimos cuenta de que las enormes poblaciones en toda la estepa, las personas en el kazakstán moderno, Rusia, Mongolia, las personas que beben una tonelada de leche, no son persistentes en la lactasa en absoluto". Si los simples beneficios de beber mucha leche produjeron y propagaron una mutación para la persistencia de la lactasa, los habitantes de la estepa seguramente deberían haber desarrollado el rasgo tal como lo hicieron los europeos.
Además, los estudios de ADN humano antiguo han demostrado que la mutación genética que permitió la persistencia de la lactasa europea no parece algo que confiera una ventaja nutricional marginal. En los genomas europeos es el rasgo más favorecido por la selección natural positiva en los últimos 10.000 años.
Los autores utilizaron varias líneas de investigación diferentes para profundizar en el turbio pasado de la leche europea.
Richard Evershed y sus colegas mapearon el uso de la leche humana durante los últimos 9.000 años, creando una enorme base de datos a partir de 6.899 residuos de grasa animal derivados de 13.181 fragmentos de cerámica de 554 sitios arqueológicos de toda Europa. En las últimas tres décadas, los científicos, con expertos como Evershed a la cabeza, han desarrollado métodos para analizar la cerámica antigua y revelar evidencia de lo que contenía.
Como la suerte, o la ciencia, lo haría, la grasa de la leche se absorbe en la cerámica antigua y se conserva a un nivel notable. El estudio de las composiciones de isótopos de carbono de los dos ácidos grasos principales que existen y persisten en las grasas animales degradadas en las macetas revela que la leche deja una firma distintiva porque se produce de una manera diferente a la grasa de la canal en animales rumiantes.
Evershed encontró abundante evidencia de que los humanos estaban bebiendo leche ampliamente, en toda Europa, desde hace unos 9.000 años.
El coautor Mark Thomas, genetista evolutivo del University College de Londres, lanzó su propio proyecto de mapeo, este trazando dónde y cuándo apareció la variante genética que permitió la persistencia de la lactasa en los europeos. Revisando las secuencias de ADN de más de 1.700 humanos prehistóricos, descubrió que su primera aparición no fue hasta hace unos 5.000 años, o unos 4.000 años después de que comenzara el consumo regular de leche. La mutación se ha convertido en algo común en el corto tiempo desde entonces, pero su aparición tardía significa que los humanos estuvieron bebiendo leche durante miles de años antes de que pudieran digerirla.
Thomas y sus colegas compararon los conjuntos de datos de Evershed para el uso histórico de la leche en Europa con la evidencia genética del aumento de la tolerancia a la lactosa. No encontraron ninguna relación entre los cambios en el uso de la leche a lo largo del tiempo y el aumento de la capacidad de los humanos para tolerar la lactosa.
Eso es desconcertante, porque para los humanos que no digieren la lactosa, el componente de la leche azucarada puede causar problemas intestinales que van desde flatulencia hasta diarrea. Por esta razón, los intolerantes a la lactosa no beben mucha leche, o al menos eso es lo que muchos habían asumido erróneamente.
De hecho, el trabajo del coautor George Davey Smith muestra que beben leche, según su estudio de los datos del Biobanco del Reino Unido, que incluye a más de 500,000 personas vivas. Su análisis no encontró prácticamente ninguna diferencia entre el consumo de leche de adultos persistentes y no persistentes. También encontró que la mayoría de los bebedores de leche no persistentes no informaron impactos en la salud a largo plazo, nada que acortara su vida útil o redujera su capacidad de reproducirse. "Entonces, ¿cómo es posible que las personas hayan sido productores de leche cuando la lactasa no era persistente?" Evershed pregunta. "Porque pueden consumir leche felizmente y obtener beneficios para la salud de ella".
El hallazgo de George Davey Smith creó otra pregunta para los investigadores; si las personas intolerantes a la lactosa pueden beber leche sin efectos nocivos importantes, ¿qué impulsó el dramático cambio genético que causó que tantos europeos desarrollaran rápidamente tolerancia a la lactosa?
Algún factor o factores deben haber adelantado rápidamente la evolución de la tolerancia a la lactosa, probablemente haciéndola críticamente importante e incluso una cuestión de vida o fin.
"Ahí es donde comenzamos a imaginar escenarios en los que este sería el caso", explica Evershed.
Mark Thomas teoriza que la hambruna puede haber jugado un papel importante. Por lo general, a la mayoría de los adultos no tolerantes no les irá demasiado mal después de beber leche, señala. "Tienes flatulencia, diarrea, no es agradable, puede ser desagradable y vergonzoso, pero nadie murió de intolerancia a la lactosa".
"Pero si tienes diarrea cuando estás gravemente desnutrido, entonces tienes problemas reales", continúa. "Esa es una de las principales causas de fin en el mundo incluso hoy en día". Si los alimentos como los granos se agotan durante una hambruna, los humanos no persistentes pueden recurrir a consumir muchos más productos lácteos, exactamente cuando no deberían, lo que podría tener el mayor impacto perjudicial en su salud.
Davey Smith, director de la Unidad de Epidemiología Integrativa del MRC de la Universidad de Bristol, tiene una idea diferente con un concepto similar; él teoriza que los patógenos jugaron un papel importante. Aunque su trabajo muestra que beber leche no está perjudicando la salud de los adultos no tolerantes hoy en día, es potencialmente un problema importante entre aquellos que sufren de trastornos intestinales, deshidratación y otras dolencias. Durante los tiempos en que los humanos vivían juntos, entre animales domésticos y carecían de una higiene adecuada, la enfermedad probablemente se generalizó y puede haber debilitado gravemente a muchas personas para quienes la diarrea y la deshidratación impulsadas por la lactosa resultaron fatales. Por otro lado, aquellos que podían beber y digerir la leche tenían un recurso para ayudarlos a salir adelante.
El equipo puso a prueba estas ideas utilizando modelos que sugerían que la variante genética para la persistencia de la lactasa aumentaba en las poblaciones cuando se veían afectadas por la hambruna o los patógenos.
Los factores estresantes ambientales que impulsaron la tolerancia a la lactosa podrían haber funcionado en conjunto, y podrían haber sido muy diferentes durante cada una de las cinco veces diferentes en que se sabe que han evolucionado en Europa, Oriente Medio y África.
"En Europa podría tratarse de asentamientos y hambruna, mientras que en África, por ejemplo, podría ser mucho más sobre sequías y mayores cargas de enfermedades", dice Thomas.
Los métodos del grupo también podrían emplearse para averiguar qué sucedió donde los humanos nunca desarrollaron la capacidad de digerir la leche cuando el sentido común sugiere que podrían haberlo hecho.
"Porque a través de la estepa [euroasiática] las personas que no son persistentes en la lactasa están bebiendo una tonelada de leche", dice Shevan Wilkin. "¿Qué estaba pasando donde eso no evolucionó, cuando sí evolucionó en Europa?"
Wilkin agrega que los científicos han estado flotando varias ideas para explicar los misterios de la digestión de la leche, incluida la forma en que la tolerancia a la lactosa evolucionó tan tarde y tan rápidamente, y por qué los grandes consumidores de leche como los habitantes de la estepa siguen siendo intolerantes a la lactosa. Ahora, dice, existe un marco que puede investigar más a fondo esas preguntas.
"Es una empresa impresionante. Y a través de eso se les han ocurrido algunas ideas que tienen mucho sentido".
Brian Handwerk | LEER MÁS
Brian Handwerk es un corresponsal científico con sede en Amherst, New Hampshire.
