Попойка длиной в 10 тысяч лет

Даже полные трезвенники вряд ли будут отрицать, что Homo sapiens как вид получает удовольствие от спиртосодержащих напитков – вина, пива, яблочного сидра и т.д. Алкоголь можно получить сбраживанием практически чего угодно. Склонность к потреблению этого фактически токсичного вещества – довольно странный феномен. Да, выпивка приятна. Но откуда в ходе эволюции появилась тяга к алкоголю?

История алкоголя – это история тесной дружбы человека и дрожжей, начавшейся миллионы лет назад и продолжающейся по сей день. Мы считаем, что играем главную роль в этой пьесе, но умение дрожжей поставить человека себе на службу достойно восхищения. Мы сосуществуем с ними в симбиозе, наше партнёрство взаимовыгодно. Причём баланс влияния в нём постоянно смещается не в нашу пользу. Стоит признать, что старший партнёр – это именно дрожжи, по крайней мере с тех пор, как наши предки начали варить первые спиртные напитки. Мы культивируем дрожжи, обеспечиваем им, как виду, выживание и благоденствие, а что получаем от них взамен? В лучшем случае – приятно проведённый вечер и похмелье наутро. Хотя, возможно, когда-то давно дрожжи и производимый ими алкоголь оказали нам куда более существенную услугу.

Сегодня минусы нашей любви к алкоголю чаще перевешивают плюсы. Но эволюция продолжается. Есть люди, которые в результате генетических изменений стали менее склонными к выпивке. Если эта тенденция продолжится, в один прекрасный день в наших бурных отношениях может наступить напряжённое перемирие. Мы не единственный вид животных, который пьянеет и получает от этого удовольствие. Плодовые мушки постоянно потребляют забродившие плоды, причём, по-видимому, без каких-либо отрицательных последствий для себя. Другие животные переносят выпивку не столь стойко. Известны случаи, когда птички – кедровые свиристели – объедались перезрелыми ягодами падуба, а затем неуклюже задевали в полёте ветки деревьев или врезались в стены зданий. Нельзя не вспомнить и ужасные, хотя и малоправдоподобные рассказы о буйстве пьяных слонов. Есть свидетельства того, как некоторые животные напивались сверх всякой меры, до алкогольных отравлений. Например, тупайи, ближайшие родственники приматов, по ночам рыщут по деревьям в поисках глотка пенистого тодди – алкогольного напитка, который образуется в результате брожения нектара в бутонах цветков некоторых видов пальм.

Подобные повадки возникли у животных, когда примерно 130 миллионов лет назад, в меловой период, в ходе эволюции появились цветущие и плодоносящие растения. Тогда же один из видов дрожжей – Saccharomyces – приспособился ими питаться, в результате у этих микроорганизмов появилась новая физиологическая способность. Чтобы не тратить лишнюю энергию на полное разложение сахаров, в условиях их избытка и недостатка кислорода они разлагают их частично, с образованием побочного продукта – этанола.

Разложение ценной пищи – сахаров – стало небезотходным; иными словами, дрожжи стали менее эффективны, чем их предки. Но зато у них появилось большое преимущество: от спирта погибает большинство бактерий, которые тоже питаются плодами растений, то есть дрожжи просто убивают своих конкурентов, претендующих на ту же пищу.

С самого начала дрожжи Saccharomyces питались только зрелыми плодами, поскольку незрелые зачастую содержат токсины. Поэтому по запаху этанола животные могли определить, какие плоды уже съедобны, а какие – пока нет. По мнению Роберта Дадли из Калифорнийского университета в Беркли (США), в ходе естественного отбора у приматов и других фруктоядных млекопитающих появилось преимущество – по запаху этанола они могли находить в огромном лесу съедобные плоды. Их стал привлекать запах алкоголя ещё до того, как они употребили его в пищу (The Quarterly Review of Biology, т. 75, с. 3). Запах спиртного возбуждает в мозгу приматов центры удовольствия. Кстати, не только у приматов. У плодовых мушек есть вкусовые рецепторы, определяющие алкоголь. Это обнаружил один лаборант, который иногда от скуки поил их пивом.

Любовь с первого взгляда

Дадли предполагает, что наши предки начали готовить алкогольные напитки, чтобы получать от них приятные ощущения, – примерно так же, как мы сейчас выращиваем сахарный тростник и сахарную свёклу, поскольку мы сластёны. Иными словами, когда-то алкоголь помогал нам, а потом мы стали им злоупотреблять. Не все учёные придерживаются этого мнения. По мнению Дага Леви из Национального научного фонда в Арлингтоне (штат Виргиния, США), у приматов никогда не было естественной склонности к запаху этанола, ведь он появляется лишь у почти перезрелых плодов. Наши предки полюбили алкоголь только после того, как сами научились его производить. Чисто случайно оказалось, что наша нервная система устроена так, что спиртное вызывает у нас приятные ощущения, которые хочется повторить. Это и приводит порой к злоупотреблению (Integrative& Comparative Biology, т. 44, с. 284).

Если Леви прав, приятные ощущения от алкоголя правильнее будет уподобить удовольствию, получаемому от употребления кофе или кокаина, чем от поедания сахара.

Алкоголь доставляет нам удовольствие благодаря своей способности связываться с рецепторами GABA в мозге. Обычно эти рецепторы подавляют активность тех нейронов, на которых сами находятся, но алкоголь устраняет этот «тормоз», активность нейронов повышается, наше тело расслабляется, а дух – освобождается от ограничений. Это сближает людей, между ними завязываются дружеские или сексуальные отношения. С другой стороны, спирт нарушает координацию наших движений, походка становится шаткой, он же придаёт человеку смелости и провоцирует его на агрессию. Алкоголь – причина многих несчастных случаев, драк и даже войн.

Таким образом, неясно, приносило ли потребление алкоголя какие-то выгоды нашим далёким предкам, питавшимся собранными плодами. Реальные преимущества от него появились после перехода человека к земледелию. Уже на заре земледелия, примерно 10 тысяч лет назад, люди, жившие тогда небольшими группами, начали сбраживать дрожжами пищу и напитки. В урожайные годы это позволяло сберечь от гнилостных бактерий избытки зерна, повышало его питательность, поскольку дрожжи вырабатывают другие полезные вещества, например витамин В.

Возможно, потребление алкоголя позволяло наладить взаимоотношения, усложнявшиеся по мере роста численности популяций, сгладить конфликты. А главное – спирт, выработанный в ходе ферментации, убивает многие бактерии, даже такие, как холерная палочка, тем самым обеззараживая жидкости. Некоторые животные лечатся им от болезней. Например, плодовые мушки, заражённые осами-паразитами, начинают потреблять больше алкоголя, безвредного для них самих, но зачастую убийственного для ос. В поселениях наших предков царила антисанитария, поэтому забродившие напитки не только были питательны, но и делали воду пригодной для питья, и хотя наносили некоторый вред здоровью, но всё же меньший, чем инфекционные болезни.

Как же мы научились делать алкогольные напитки? Большинство антропологов считают, что древние земледельцы изобрели эту технологию случайно, когда дрожжи Saccharomyces заражали хранившиеся запасы пшеницы и ячменя. Интереснее другое предположение. По мнению антрополога Соломона Катца из Университета штата Пенсильвания в Филадельфии, сначала было изобретено сбраживание, а уже оно побудило наших предков выращивать зерно для получения спиртного. Самому древнему сосуду, служившему для хранения выпивки, 7 тысяч лет, то есть он изготовлен на заре появления в Китае земледелия, а может быть, и чуть раньше (PNAS, т. 101, с. 17593).

Так или иначе, люди обнаружили, что стоит только приготовить первую порцию браги, закваску от неё можно использовать для сбраживания всё новых и новых партий этой продукции. Древним пивоварам это казалось волшебством. Учёные выяснили, что в первых изготовленных людьми сосудах и чанах поселились колонии дрожжей Saccharomyces cerevisae. Это было подтверждено генетическими исследованиями, поскольку дрожжи – один из первых живых организмов, геном которого удалось расшифровать. А вот откуда этот вид взялся, пока неясно.

Развитие «партнёрских» отношений

Для пивоварения и виноделия люди разных эпох, регионов и культур использовали то одни, то другие виды дрожжей (Comptes Rendus Biologies, т. 334, с. 229). Мутации некоторых из них привели к появлению широкого ассортимента хлебных дрожжей. В пещере монаха-отшельника в Германии обнаружены применявшиеся для приготовления светлого пива «лагер» холодостойкие дрожжи – гибрид Saccharomyces cerevisae и вида, попавшего в Европу из Аргентины, причём, как ни странно, за 100 лет до того, как европейцы открыли Америку (PNAS, т. 108 , с. 14539).

На Британских островах и в некоторых других регионах пивовары стали применять совершенно другой вид дрожжей – Brettanomyces, у которого способность вырабатывать алкоголь возникла независимо от Saccharomyces. Эти два вида разошлись в своём развитии 200 миллионов лет назад. На дрожжах Brettanomyces делают особые виды пива с кисловатым, терпким вкусом и ароматом.

Нет сомнения, что человечество повлияло на эволюцию дрожжей, на многообразие их видов точно так же, как на эволюцию вьюрков, обитающих на Галапагосских островах. И в том и в другом случае это влияние не было сознательным и целенаправленным. Дрожжи – это грибы, а грибы часто живут в симбиозе с другими видами. Например, муравьи-листорезы в своих муравейниках разводят грибы на кусочках листьев, а получившейся в результате питательной массой кормят своих детёнышей. Жучки-плоскоходы переносят грибы в небольших мешочках, помещая их на древесину упавших деревьев, где те растут, и обеспечивая пропитанием личинки жучка. В подобных случаях иногда говорят, что насекомое «одомашнило» гриб, хотя, скорее, это гриб «приручил» насекомых, которые добывают и приносят ему пищу, тогда как гриб просто питается, растёт и размножается. Точно так же можно сказать, что дрожжи «приручили» пивоваров, поставили их себе на службу, заставили заботиться о своём благополучии.

Вероятнее всего, выживут те виды дрожжей, которые интенсивнее «эксплуатируют» человека.

Например, стойкие к более высоким концентрациям спирта, что позволяет получать более крепкие напитки. Правда, нам приходится тратить больше усилий на их культивацию.

Дрожжи непосредственно повлияли и на эволюцию человека как биологического вида, причём на очень ранних её этапах. Люди сильно отличаются от других приматов по уровню фермента, расщепляющего алкоголь, и по тому, где он находится. У других приматов фермент алкогольдегидрогеназа распределён по всему организму, что неудивительно, поскольку этанол – побочный продукт многих органических реакций и присутствует в большинстве клеток. У людей алкогольдегидрогеназа тоже есть во всех клетках, но больше всего её в печени, где и разлагается употребленный нами спирт. Со времён наших предков опасность злоупотребления алкоголем растёт; 0,4% алкоголя в крови считается смертельной концентрацией для взрослого человека.

Выживали после попоек в основном те, в печени которых больше алкогольдегидрогеназы, что позволяет быстро расщеплять алкоголь. В печени современного человека в среднем 10% от всего количества разных ферментов предназначены для расщепления спирта.

Эволюция людей и дрожжей

Люди и дрожжи сосуществуют довольно долго, неудивительно, что они повлияли на эволюцию друг друга. Процесс взаимовлияния продолжается. Соотношение выгод и потерь для каждой стороны, как в любом симбиозе, меняется со временем и в зависимости от условий среды. Возможно, когда-то алкоголь помогал распознать съедобные плоды, а на заре земледелия обеспечил выживание человека как вида. Но по мере снижения опасности заболеть от питья воды из грязных водоемов баланс плюсов и минусов от этого симбиоза нарушился. Выращивать дрожжи стало очень легко, а токсичность продуктов их жизнедеятельности повысилась. Возможно, редкое и умеренное потребление алкоголя всё ещё идёт людям на пользу. То и дело появляются исследования, утверждающие, что вино (реже – пиво) в малых дозах для нас полезно. Однако для общества в целом вред от алкоголя перевешивает пользу – с точки зрения как экономики, так и продолжительности жизни. В 2010 году алкоголь вышел на третье место среди причин смертности. Во всём мире от его употребления умерло 4,9 миллиона человек (The Lancet, т. 380, с. 2071), а годовой экономический ущерб от алкоголизма составляет сотни миллиардов долларов.

В некоторых регионах мира так много поколений людей страдали от алкоголя в течение долгого времени, что снова включились эволюционные механизмы. На этот раз в ходе естественного отбора у целых популяций снизилась тяга к алкоголю. Детоксикацию этанола обеспечивают два фермента: алкогольдегидрогеназа превращает спирт в уксусный альдегид, а альдегиддегидрогеназа превращает уксусный альдегид в соли уксусной кислоты. Эти два фермента, действующие совместно, есть почти у любого организма, даже у многих бактерий, но у населения Японии и Китая ген, отвечающий за выработку альдегиддегидрогеназы, повреждён. Когда люди с такой мутацией выпивают, опьянение наступает после совсем небольших доз, лицо человека краснеет, учащается сердцебиение, кружится голова. Эта генная мутация по времени и по географическому распространению коррелирует с началом возделывания риса и производства рисовой водки 7–10 тысяч лет назад (BMC Evolutionary Biology, т. 10, с. 15). По мнению учёных, население стран Юго-Восточной Азии настолько сильно страдало он негативных последствий употребления алкоголя, что у индивидов, организмы которых не позволяли злоупотреблять спиртным, было больше шансов выжить. Таким образом, ген, препятствовавший пьянству, получил преимущество в результате как естественного, так и полового отбора, хотя бы потому, что у пьяниц с красными лицами было меньше шансов найти себе полового партнёра.

Эволюция человека как вида продолжается, так что вполне можно предположить, что различные возникающие и в наши дни «антиалкогольные» генные мутации и впредь будут распространяться в популяциях. В таком случае дружбе человека с алкоголем рано или поздно придёт конец. Хотя нельзя недооценивать и эволюционную «мудрость» дрожжей.

Пока же эволюция дрожжей, вырабатывающих спирт, будет продолжаться, а мы узнаем ещё много нового и интересного об истории их тесных взаимоотношений с человеком. Много тайн и загадок хранит в себе каждый алкогольный напиток. И пока мы ещё не бросили пить, давайте поднимем бокалы за дрожжи, проклиная их и благословляя.

Материал опубликован в журнале New Scientist | Апрель 2013