Pacyficzne siedlisko otyłości. "Niedostosowani. Dlaczego ewolucja nie nadąża"

Czy sami sobie podkładamy nogę?

Jeszcze nie tak dawno uzbrojeni w oszczep polowaliśmy na mamuty, dziś spacerujemy po Księżycu, rozbijamy atomy i serfujemy po internecie. Ciągle jednak podlegamy skomplikowanym prawom ewolucji. Czy jesteśmy gotowi na nowoczesność?

Brytyjski naukowiec Adam Hart udowadnia, że ewolucja przygotowała nas do życia w świecie, który właściwie już nie istnieje, a biologiczne adaptacje często działają na naszą szkodę. Otyłość jest spuścizną czasów, w których nauczyliśmy się gromadzić w organizmie tłuszcz, by przetrwać okresy głodu. Stres, czyli ratująca życie reakcja zachodząca w obliczu ataku niedźwiedzia, może teraz powodować bóle głowy i problemy z sercem. W toku ewolucji staliśmy się istotami skłonnymi do nieakceptowanej obecnie przemocy. Gnębią nas nietolerancje laktozy i glukozy...

Do lektury książki Niedostosowani. Dlaczego ewolucja nie nadąża Adama Harta zaprasza wydawnictwo bo.wiem. Tymczasem już teraz zapraszamy do lektury premierowego fragmentu powieści:

Pacyficzne siedlisko otyłości

Najwyższy odsetek ludzi skrajnie otyłych w stosunkowo biednych krajach Oceanii, które tworzą czołową ósemkę światowego rankingu otyłości, rozpatrywany z perspektywy zależności między otyłością a poziomem rozwoju gospodarczego, stanowi uderzającą anomalię. Czy zatem,  mimo dającego się zaobserwować ogólnego trendu, owo „pacyficzne skupisko otyłości” podważa słuszność koncepcji, że wysoki poziom rozwoju gospodarczego ma związek z nadwagą? Wręcz przeciwnie. Jak się przekonamy, zjawisko powszechnej otyłości w wyspiarskich krajach Oceanii potwierdza tę hipotezę i stanowi znakomity przykład katastrofalnych skutków zderzenia najnowszej spuścizny ewolucyjnej człowieka z nowoczesnym środowiskiem, które on sam stworzył. Miara poziomu rozwoju gospodarczego, którą się posługujemy, to ogólnikowy wskaźnik, który pośrednio odzwierciedla  skalę dostępu do wysokokalorycznego pożywienia, a także przewagę osiadłego stylu życia, który jest jednym z czynników sprzyjających otyłości. Sytuacja krajów Oceanii to dowód na poparcie tezy, że dostęp do wysokokalorycznego pożywienia stanowi główną przyczynę nadwagi. Zasadnicza różnica między tymi krajami, a bogatszymi państwami, które zajmują niższe miejsca w ligowej tabeli otyłości polega na tym, że przyczyną zmian w diecie mieszkańców wysp na Pacyfiku było nie bogactwo, lecz bieda. W Tonga (pozycja piąta) na przykład, w połowie XX wieku miejsce ryb, warzyw korzeniowych i orzechów kokosowych w diecie zajęły najmniej wartościowe okrawki mięsne z importu. Tłuste indycze kupry z USA i mostki baranie z Nowej Zelandii były tanie i bardzo szybko zaczęły się cieszyć wielką popularnością. Mostki baranie to końcówki żeber, fragment tuszy o niskiej jakości, ale bardzo wysokiej, sięgającej 40 procent zawartości tłuszczu. Te przeładowane kaloriami smakołyki są nierzadko jedynymi rodzajami mięsa dostępnymi na tamtejszym rynku i w powszechnym przekonaniu to one odpowiadają za plagę otyłości w krajach Oceanii. Nie bez znaczenia są także specyficzne dla wysp Południowego Pacyfiku czynniki kulturowe, jak choćby uwarunkowane historycznie kojarzenie tuszy z bogactwem, urodą i władzą, ale najważniejszą przyczyną otyłości w tamtym regionie jest łatwy i powszechny dostęp do wysokokalorycznej żywności. Ponadto, jak wykazały badania genomu populacji Oceanii, na skutek stosunkowo niedawnych zmian ewolucyjnych ma ona szczególne predyspozycje do magazynowania w organizmie zapasów tłuszczu. Najbardziej otyłe narody na świecie są więc owocem mariażu komponentu genetycznego z niedawnymi zmianami środowiskowymi, dzięki którym mieszkańcy Oceanii zyskali swobodny dostęp do takich wysokokalorycznych artykułów żywnościowych, jak mostki baranie^1,2.

Historia Samoa

Ewolucja „superotyłości” za sprawą presji selekcyjnej to argument, który przemawia na korzyść hipotezy oszczędnego genu, przynajmniej na wyspach Oceanii. Jeżeli jednak chcemy się dowiedzieć czegoś więcej, musimy odwiedzić szóste „najgrubsze” państwo na świecie, piękne Samoa.

Samoa, podobnie jak pozostałe kraje Oceanii, które zajmują czołowe miejsca w globalnej lidze otyłości, zostało zasiedlone najprawdopodobniej przez przybyszów z Tajwanu, którzy dotarli do Oceanii przez Filipiny i wschodnią Indonezję. Dowodów na potwierdzenie tego powszechnie akceptowanego w świecie nauki „tajwańskiego” modelu ekspansji dostarczają lingwistyka (badanie podobieństw i różnic językowych), genetyka i archeologia. Najwcześniejsze ślady osadnictwa na wyspach pochodzą sprzed około 3 tysięcy lat. Dotarcie na Samoa i do innych wyspiarskich krain wymagało znacznych umiejętności szkutniczych (w tym budowy dużych wiosłowo-żaglowych łodzi dwukadłubowych), a także nawigacyjnych. Podróżnicy musieli się charakteryzować odpornością fizyczną, wytrzymałością i umiejętnością radzenia sobie z długotrwałym niedostatkiem żywności. Ich łodzie miały ograniczoną ładowność, świeża żywność była nietrwała, a wyprawy na odległe wyspy trwały bardzo długo. Oczywistą przewagę miały te jednostki, których organizmy potrafiły gromadzić większe rezerwy tłuszczu kiedy pożywienia było pod dostatkiem, na przykład przed wyruszeniem na wyprawę lub podczas postojów w trakcie rejsu, i wykorzystywać je bardziej efektywnie w długich okresach przymusowej głodówki, kiedy kończyły się zapasy żywności. Długie wyprawy osadnicze na wyspy Oceanii stanowiły idealny system selekcji osobników wyposażonych w „oszczędne” geny. Pamiętając jednak o konieczności zachowania rozwagi i omijania intelektualnych manowców, na które mogą nas wyprowadzić fotelowy adaptacjonizm oraz pokusy ewolucjonizmu, musimy przeanalizować wyniki badań genetycznych, by stwierdzić czy nasza „taka sobie bajeczka” ma sens. 

Metoda, która pozwala ustalić czy określona cecha lub choroba jest uwarunkowana genetycznie, polega na przeprowadzeniu badania asocjacyjnego całego genomu (ang. genome-wide association study; GWAS). Zasada, na której się ono opiera, jest prosta. Wybieramy grupę ludzi, którzy mają interesującą nas cechę, w tym przypadku ludzi otyłych, i grupę ludzi, którzy jej nie posiadają. Następnie określamy genotypy wszystkich osób z obydwu grup i porównujemy długie listy genetycznych „liter” (sekwencji zasad tworzących DNA, z którymi zapoznaliśmy się w rozdziale 1) w poszukiwaniu istotnych różnic między grupami. Elementy genomu wspólne dla osób z grupy o określonej cesze, a nieobecne u osób pozbawionych tej cechy, stanowią wystarczający dowód na jej genetyczne podłoże. Oczywiście w praktyce GWAS bywa bardzo trudne. Uzyskanie miarodajnych wyników wymaga ogromnej wiedzy z zakresu genetyki oraz zastosowania wyrafinowanych narzędzi analizy statystycznej, stworzonych na użytek niezwykle ważnej dziedziny nauki – bioinformatyki. W badaniu należy także uwzględnić takie czynniki, jak płeć i wiek oraz geograficzne i etniczne środowisko uczestników. Wszystkie te czynniki mogą być źródłami powiązań, które nie są determinowane przez genetyczną korelację z interesującą nas cechą, lecz przez uwarunkowane genetycznie korelacje między uczestnikami badania w każdej z grup. Badacze potrafią jednak rozwiązać te problemy i GWAS jest z powodzeniem stosowane w medycynie od początku obecnego stulecia. Wykorzystano tę metodę do przeprowadzenia serii przełomowych analiz niedokrwiennych zawałów mięśnia sercowego w 2002 roku oraz starczego zwyrodnienia plamki żółtej (jednej z przyczyn utraty wzroku u starszych osób) w roku 2005. Szczególnie spektakularnym sukcesem, który ugruntował opinię o skuteczności tej metody, było badanie przeprowadzone w 2007 roku na grupie 17 tysięcy uczestników, które wykazało, że siedem chorób, w tym cukrzyca typu 1 i typu 2, choroba wieńcowa i reumatoidalne zapalenie stawów, ma podłoże genetyczne. 

Nawet przy założeniu, że dla Samoańczyków norma to BMI równe 26, ze względu na różnice w strukturze kośćca oraz masie mięśni między nimi a Europejczykami, badanie przeprowadzone w 2010 wykazało, że 80 procent mężczyzn i 91 procent kobiet na Samoa miało nadwagę. Jak wspomniałem w rozdziale 1, przyczyną tego zjawiska mogą być tylko zmiany środowiskowe (zalanie rynku tanimi mostkami baranimi z powodu trudnej sytuacji gospodarczej), tylko uwarunkowania genetyczne (co w rzeczywistości jest niemożliwe, ponieważ nie sposób tyć bez jedzenia, które jest zawsze wytworem środowiska) lub interakcja między środowiskiem, a genami. W tym przypadku interakcja między mostkami baranimi, a domniemanymi „oszczędnymi genami”. Należy jednak zaznaczyć, że nawet zanim epidemia otyłości rozszalała się na dobre, wśród Samoańczyków było więcej osób z nadwagą niż w innych populacjach. Wskazuje to wyraźnie, że współczesne, uwarunkowane środowiskowo zmiany w diecie mogą nie być jedynym czynnikiem sprzyjającym otyłości i pozwala przypuszczać, że na tych wyspach otyłość ma inherentny komponent genetyczny. Kolejnym mocnym dowodem na wpływ genów na BMI na Samoa jest potwierdzona badaniami, szacunkowa dziedziczność (zdolność przekazywania potomstwu komponentu danej cechy, który jest determinowany przez geny)  BMI na poziomie 41 procent. Niewątpliwie coś się dzieje z populacją Samoa, a GWAS to najlepszy sposób, żeby się dowiedzieć z czym mamy do czynienia.

W 2016 roku opublikowano wyniki GWAS, którego przedmiotem było wysokie BMI na Samoa. Po przebadaniu ponad 3 tysięcy Samoańczyków zespół naukowców zidentyfikował specyficzny wariant genu CREBRF ściśle powiązany z BMI. Gen CREBRF występuje powszechnie u kręgowców i podlega procesowi ekspresji (innymi słowy jest odczytywany i wykorzystywany przez komórki do produkcji określonego białka) w wielu rożnych tkankach, między innymi w tkance tłuszczowej. Wyniki badań wskazują na kluczową rolę genu CREBRF w funkcjonowaniu naszych komórek oraz na udział białek kodowanych przez CREBRF i geny pokrewne w procesach metabolicznych zachodzących w komórkach tłuszczowych. Liczne dodatkowe przesłanki pozwalają przypuszczać, że gen CREBRF może być powiązany z magazynowaniem tłuszczu i otyłością. Wspomniany wariant genu CREBRF występował częściej u tych Samoańczyków objętych badaniem, którzy mieli wyższe BMI. Wykazano także jego związek z procentową zawartością tkanki tłuszczowej w organizmie, obwodem brzucha i ud. Wydaje się, że CREBRF zasługuje na miano oszczędnego genu. 

Mniej więcej co drugi Samoańczyk ma co najmniej jedną kopię wariantu genu CREBRF powiązanego z wysokim BMI na Samoa. W innych populacjach wariant ten nie występuje wcale, lub jest spotykany niezwykle rzadko (u jednego na 18300 Europejczyków i jednego na 2100 mieszkańców Azji Wschodniej). Rzadkość występowania wariantu z Samoa w innych populacjach bynajmniej nie jest zaskakująca. Modelowanie za pomocą narzędzia komputerowego o nazwie Polyphen-2, które umożliwia przewidywanie wpływu mutacji genetycznych na strukturę i funkcje białek, sugeruje, że zmiany we fragmencie genu, które wykryto podczas badania na Samoa, są prawie na pewno szkodliwe, co sprawia, że prawdopodobieństwo ich rozprzestrzeniania się jest nikłe. Aby rozwikłać tę zagadkę uczeni zbadali wpływ owego wariantu genu, posługując się tak zwaną „kulturą komórkową”. Kultury komórkowe to inaczej hodowle linii komórkowych, prowadzone w warunkach laboratoryjnych, w celu lepszego zrozumienia funkcjonowania komórek. Naukowcy użyli kultury komórkowej 3T3-L1, linii komórek tłuszczowych wyselekcjonowanych w 1962 roku z tkanki embrionu myszy domowej albinosa, wykorzystywanej powszechnie do badania komórkowych mechanizmów metabolizmu tłuszczów. Odkryli, że samoański wariant genu powoduje zmniejszenie zużycia energii i zwiększenie ilości tłuszczu magazynowanego w komórkach, co z perspektywy komórek tłuszczowych stanowi podręcznikowy przykład oszczędności. Badanie to, w połączeniu z naszą wiedzą na temat historii Samoańczyków oraz profilu genetycznego populacji Samoa i innych wysp Oceanii, dostarcza przekonujących dowodów na to, że wariant CREBRF odkryty na Samoa, to przykład oszczędnego genu. 

Wariant samoański wnosi nowy, zaskakujący aspekt do oryginalnej hipotezy oszczędnego genu sformułowanej przez Neela, ponieważ nie tylko sprzyja magazynowaniu tłuszczu, ale też chroni organizm przed cukrzycą typu 2. Jak się okazuje, posiadanie wariantu genu, który 1,3 razy zwiększa ryzyko otyłości, zmniejsza 1,6 razy ryzyko zachorowania na cukrzycę typu 2, co wydaje się przeczyć logice, wziąwszy pod uwagę udowodniony naukowo związek między otyłością i cukrzycą typu 2. Fakt, iż gen chroni przed jedną z najważniejszych chorób powiązanych ze schorzeniem, które sam wywołuje, wynika najprawdopodobniej z jego wpływu na metabolizm na poziomie komórkowym, a także tłumaczy jego stale wysoką frekwencję w populacji Samoa. 

Kolejnych dowodów na oszczędność genów w regionie Oceanii dostarczyły dodatkowe badania nad otyłością u mieszkańców tego regionu. Badanie Maorysów i Polinezyjczyków zamieszkujących na terytorium Nowej Zelandii potwierdziło ustalenia badania z Samoa, wykazało bowiem obecność tego samego wariantu genu oraz jego związek z wyższym BMI i mniejszym ryzykiem zachorowania na cukrzycę typu 2³. Co więcej, wielkość ryzyka związana z obecnością wariantu, była podobna. A zatem, u spokrewnionych ludów o wspólnej najnowszej historii ewolucyjnej występuje ten sam rzadki wariant genu, który sprzyja magazynowaniu tłuszczu w organizmie. Jeżeli połączymy te ustalenia ze wspólną dla ludów Oceanii spuścizną długich wypraw morskich i głodu, który najpewniej wyeliminował szczupłych żeglarzy, dojdziemy do wniosku, że prawdziwość TGH została ostatecznie udowodniona. Ale nie zawsze jest tak, jak nam się wydaje. 

Bibliografia:

¹Prentice, A.M. 2005. The emerging epidemic obesity in developing countries. International Journal of Epidemiology 35: 93-9.

²Prentice, A., Webb, F. 2005. Obesity amidst poverty. International Journal of Epidemiology 35: 24-30.

³Krishnan, M., Major, T.J., Topless, R.K., Dewes, O., Yu, L., Thompson, J.M., McCowan, L., De Zoysa, J., Stamp, L.K., Dalbeth, N., Hindmarsh, J.H. 2018. Discordant association of the CREBRF rs373863828 A allele with increased BMI and protection from type 2 diabetes in Māori and Pacific (Polynesian people living in Aotearoa/New Zealand. Diabetologia 61: 1603-13.

Książkę Niedostosowani. Dlaczego ewolucja nie nadąża kupić można w popularnych księgarniach internetowych: