Алкоголь, з нами понад 10 тисячоліть
Наші любовні стосунки з алкоголем є результатом довгих і бурхливих стосунків між нами та дріжджами, каже біолог Роб Данн.
Наше потяг до цієї отруйної речовини, яка викликає стільки плутанини, є майже загадкою. Можливо, досить сказати, що ми п’ємо, бо це змушує нас почуватись добре. Але я думаю, що для того, щоб зрозуміти нашу любов до алкоголю, нам потрібно більш складне пояснення з акцентом на еволюцію.
Історія алкоголю - це тема, в якій предметом є близькі стосунки між людьми та дріжджами, бізнес, який розпочався мільйони років тому і досі відіграє важливу роль. Ми любимо думати, що ми, люди, були б зірками цієї драми, але насправді саме дріжджі - головний герой. Для нас це симбіотичний зв’язок - партнерство, яке сприяє обом сторонам. Це також відносини, в яких співвідношення сил постійно змінюється. Якщо ми можемо що-небудь сказати про це, здається, що дріжджі відіграли важливу роль, принаймні з тих пір, як наші предки почали виробляти власний грог. Ми вирощуємо дріжджі, переконуючись, що вони виживають і розвиваються, і замість цього отримуємо, в кращому випадку, прогулянку в місто та похмілля наступного ранку. Однак колись дріжджі та алкоголь могли дати нам набагато більш значну винагороду.
Сьогодні витрати на любов до алкоголю часто перевищують будь-які вигоди. Але оскільки ми маємо справу з історією, яка передбачає еволюцію, вона на цьому не закінчується. Деякі люди вже набули певних генетичних змін, які спонукають їх менше пити. Якщо така тенденція збережеться, можливо, одного разу ці тривалі бурхливі стосунки стануть своєрідним тендітним перемир’ям.
Ми не єдиний вид, який любить пити. Фруктові комарі регулярно їдять ферментовані фрукти, здається, без ослаблення їх здібностей. Інші тварини також не противляться напою. Кедрові комарі спостерігали, як вони їдять занадто багато стиглих ягід, а потім обертаються навколо гілок дерев або б’ються по будівлях. Існують тривожні свідчення щодо п’яних слонів, хоча вони досить слабо задокументовані. Є навіть записи істот, які перевищили свої межі аж до сп’яніння. Серед них ми можемо перерахувати пташенят - найближчих вижилих родичів приматів - які насолоджуються нічними дегустаціями ігристого "вина", виробленого дріжджами, знайденими в квіткових бруньках пальми бертама.
Цей тип поведінки можна простежити у часі, у випадку еволюції плодів, приблизно до 130 мільйонів років тому, коли квітучі рослини з’явилися під час Крейдового періоду. Завдяки появі нового джерела їжі, вид дріжджів, відомий як Saccharomyces, харчувався ними, і під час цього процесу цей тип дріжджів набув нової фізіології. Замість того, щоб використовувати свою енергію для повного розподілу вуглеводів, вони розвинули здатність частково розподіляти їх, виробляючи етанол як залишок, коли запаси вуглеводів були багаті, а кисню - в обмеженій кількості. Частковий розподіл важливих вуглеводів означав, що ці дріжджі насправді були менш ефективними, ніж їх предки. Але це також дало їм велику перевагу. Етанол знищує більшість бактерій, і бактерії люблять харчуватися фруктами, тому виробництво алкоголю дозволило дріжджам виграти цю конкуренцію.
З самого початку Saccharomyces їли стиглі плоди - недозрілий часто був токсичним - тому запах етанолу міг стати універсальною ознакою того, що фрукти добре їсти. Згідно з ідеями Роберта Дадлі з Каліфорнійського університету в Берклі, природний відбір надав перевагу приматам та іншим плодоїдним ссавцям, які могли використовувати запах етанолу для пошуку плодів, які можна їсти у величезних лісах. Він вважає, що вони розробили потяг до цього запаху, який змусив їх відчувати позитивні відчуття ще до того, як вони вживали алкоголь (The Quarterly Review of Biology, том 75, с. 3). Згідно з цією теорією, кожен раз, коли примат відчуває запах певного виду алкоголю, в мозку виникає задоволення. Ми, примати, не можемо бути єдиними учасниками цього процесу. У ротах фруктових комарів є сенсорний рецептор, свого роду смаковий партнер для алкоголю. Його впізнав студент, який у момент розчарування запропонував їм пиво.
Кохання з першого погляду?
Дадлі припускає, що наші предки почали виробляти алкоголь, щоб годувати свої сенсорні уподобання до нього, приблизно так само, як ми садимо тростину та цукровий буряк, щоб прогодувати нашу розвинену перевагу до цукру. Якщо це так, алкоголь схожий на всі ті речі, від яких я отримав користь свого часу, але які на даний момент є просто безглуздою залежністю. Не всі в цьому переконані. Даг Леві з Національного наукового фонду в Арлінгтоні, штат Вірджинія, вважає, що примати ніколи не мали вродженої схильності шукати запах етанолу - врешті-решт, фрукти, що пахнуть етанолом, вже на межі псування. Натомість, стверджує він, наші предки справді почали насолоджуватися алкоголем лише після того, як навчились виробляти його самостійно. Завдяки неврологічним обставинам лікер виробляв відчуття, які їм сподобались і від яких вони хотіли ще більше, і, отже, іноді вони віддавались надмірності (Інтегративна та порівняльна біологія, том 44, с. 284). Якщо Леві має рацію, наші уподобання до алкоголю подібні до уподобань щодо кофеїну чи кокаїну, ніж до цукру.
Алкоголь справді приносить приємні відчуття - принаймні в цьому відношенні ніхто не має чого коментувати - завдяки своїй здатності зв'язуватися з рецепторами ГАМК в мозку. Зазвичай ці рецептори знижують активність нейронів, на яких вони перебувають, але коли алкоголь зв’язується з ними, він виробляє цю збудливу активність і, тим самим, розслаблює як наше тіло, так і наші гальмування. Завдяки цьому було зачато незліченну кількість немовлят, заведено незліченну кількість друзів і налагоджено тісні стосунки між людьми. Але етанол також призводить до втрати координації, робить запаморочення, необдуманість та агресивність у діях. Він був причиною багатьох нещасних випадків, бійок або навіть війн.
Щодо того, як ми навчилися виробляти алкоголь, більшість антропологів вважають, що перші фермери виявили цю випадкову хитрість, коли збережена пшениця та ячмінь були забруднені дріжджами Saccharomyces. Є ще одна цікава можливість. Антрополог Соломон Кац з Університету Пенсільванії у Філадельфії стверджував, що ферментація відбулася першою, що дало нашим предкам сильний мотиваційний фактор для вирощування зерна для отримання грогу. З наявних на сьогодні свідчень, найстаріший на сьогодні 7000-річний посудину для зберігання алкоголю є сучасним чи навіть раніше, ніж найдавніші свідчення сільськогосподарської діяльності в Китаї, де він був знайдений. (PNAS, том 101, с. 17593).
Незалежно від ситуації, як тільки алкоголь був отриманий, його виробники зрозуміли, що його можна готувати знову і знову, просто беручи зразок із бродильної рідини і використовуючи його для запуску процесу в новому резервуарі. Можливо, це здавалося магічним перетворенням на древні пивоварні, але тепер ми знаємо, що перші чани людства були колонізовані Saccharomyces cerevisae. У нас навіть є його точний генетичний код: це був один з перших організмів, геноми яких були секвенировані. Однак ми все ще мало знаємо про основні питання, наприклад, про те, як дріжджі ставали під питанням.
Партнерство, що розвивається
Пивні дріжджі багато разів змінювались у міру поширення сільського господарства та появи різних людських культур (Comptes Rendus Biologies, том 334, с. 229). Нові форми, настільки різні, ніби належали до іншого виду, з’явились у поєднанні з виробництвом вина та пива з різних регіонів. Деякі з цих видів дріжджів були додатково модифіковані, щоб отримати широкий вибір хлібних дріжджів. У печері монаха в Німеччині холодостійкі дріжджі, з яких робили міцне пиво, розвивались у вигляді гібриду S. cerevisae та виду з Патагонії. Таємничим чином це сталося понад 100 років до того, як європейці прибули до Нового Світу (PNAS, том 108, стор. 14539).
У Британії, як і скрізь, пивоварні почали використовувати зовсім інший тип дріжджів - Brettanomyces, які набули здатності виробляти алкоголь незалежно від Saccharomyces, від якого він відокремився 200 мільйонів років тому. Brettanomyces використовується у виробництві декількох особливих сортів пива, надаючи їм незвичайний кислий і пряний смак.
Дріжджі також безпосередньо впливали на нас. Ключова зміна відбулася на самому початку: диференціація між людьми та іншими приматами з точки зору рівня ферменту, який розщеплює алкоголь, і місця його виявлення в організмі. У випадку приматів, що не є людиною, алкогольдегідрогеназа може знаходитись у всьому тілі. Це може здатися дивним, враховуючи, що етанол є побічним продуктом багатьох процесів в організмі, тому більшість клітин взаємодіють з ним. Фермент також присутній скрізь у нашому тілі, але він непропорційно сконцентрований у печінці - місці, куди доходить алкоголь, який ми споживаємо. Зростаюче споживання алкоголю нашими предками стає дедалі небезпечнішим: рівень алкоголю в крові в 0,4 відсотка вважається смертельним для дорослих. Ті, хто пережив такі бурі, як правило, мали більш високий рівень алкогольдегідрогенази в печінці, оскільки вони могли переробляти алкоголь набагато швидше. В даний час 10 відсотків ферментів нормальної печінки людини спрямовані на метаболізм етанолу.
З огляду на давні стосунки між людьми та пивними дріжджами, не дивно, що кожен з них впливав на еволюцію інших.
Цей процес ще триває. Жодні симбіотичні відносини не є простими - витрати та вигоди, які відчуває кожна сторона, змінюються з часом та в контексті. Алкоголь, можливо, був свого часу показником того, як правильно їсти фрукти; У перші дні землеробства він, мабуть, допоміг нам вижити. Але баланс змінився б, коли хвороби, спричинені споживанням води, що не відповідає вимогам, почали зменшувати свою значимість, а дріжджі стали легше вирощуватись, а їх продукція стала набагато більш сп’янілою. Люди можуть все-таки отримати користь від випадкових напоїв: кожні кілька років з’являється дослідження, яке стверджує, що невелика кількість вина або, трохи рідше, пива корисні для вас. Однак для суспільства в цілому алкоголь приносить більше витрат, ніж користь, незалежно від того, чи вимірюється воно в житті чи в грошах. У 2010 р. Алкоголь був третім за величиною ризиком для здоров’я у всьому світі, внаслідок чого загинуло 4,9 млн. Людей у всьому світі (The Lancet, т. 380, с. 2071), а алкоголізм щорічно становить сотні економічних навантажень мільярди доларів.
Подекуди такі витрати несли багато поколінь, достатньо довго, щоб люди могли знову розвиватися. Цього разу природний відбір сприяв адаптації, яка спонукає людей споживати менше алкоголю. У процесі детоксикації етанолу беруть участь два ферменти - алкогольдегідрогеназа та альдегіддегідрогеназа, що перетворює ацетальдегід в ацетат. Це ферментативне партнерство існує майже в кожному організмі, включаючи багато бактерій, але в деяких східноазіатських популяціях, включаючи багатьох людей у Китаї чи Японії, ген альдегіддегідрогенази дефектний. Коли люди з такою версією гена вживають алкоголь, пияцтво виникає після вживання менше алкоголю, їхні обличчя червоніють, серця починають пульсувати, і у них крутиться голова.
Ген-мутант поширювався з тією самою географічною та тимчасовою швидкістю, що і розповсюдження вирощування рису та виробництва рисового вина, яке відбулося між 7000 і 10000 років тому (BMC Evolutionary Biology, т. 10, с. 15). Дослідники кажуть, що цей ген розвинувся неспроста, показуючи, що коли він з’явився, він поширювався набагато швидше, ніж якби з’явився випадково. Вони стверджують, що люди у Східній Азії почали відчувати негативні наслідки алкоголю настільки сильно, що люди, чиї тіла відбивали їх від надмірного вживання алкоголю, мали набагато більше шансів вижити. З цієї точки зору, генному варіанту «вживання алкоголю в невеликих кількостях» міг би сприяти як природний, так і статевий відбір, принаймні, якщо п’яниці з рудуватим обличчям рідше знаходять собі партнерів.
Еволюція не є статичним процесом, тому цікаво припустити, чи можуть різні мутації гена "низького споживання алкоголю" зараз поширюватися на людські популяції. Якщо це так, то одного разу наші любовні стосунки з алкоголем можуть закінчитися, хоча ніхто не повинен недооцінювати еволюційну мудрість дріжджів.
Тим часом дріжджі, що виробляють алкоголь, продовжуватимуть розвиватися з розумінням близьких стосунків людства з ними. Незважаючи на історію, яку я щойно розповів вам, набагато більше деталей залишаються невідомими, ніж відомими, приховані в кожному алкогольному напої. Тож, поки ми встигали цим насолодитися, поклонімося склянці дріжджів. Або проклятий, або благословенний!