„Нищо в биологията няма смисъл, освен в светлината на еволюцията.“ – Теодосий Добжански
Това е един от любимите ми цитати, който винаги ме кара да търся и научавам повече за това какво се крие зад поведението ни и разнообразието от психически и физически състояния. Една много интересна тема е тази за развитието на болестите. В светлината на еволюцията, това което смятаме за заболяване днес, в миналото е осигурявало някакво предимство и адаптация. Замислете се! Защо толкова много хора биха наследили гени за нещо, което може да им навреди? Защо еволюцията би позволила тези гени да се наследяват. Нали в основата си еволюцията премахва чертите, които вредят на оцеляването и поддържа тези, които му помагат. Ако даден ген води до черта, която прави организма по-слаб и неустойчив, а следователно ограничава и способността му да се възпроизвежда, този ген, а следователно и тази черта, няма да се предадат на поколението или не много дълго. Иначе, оцеляването на индивидите, които носят този ген, би било застрашено. Следвайки тази логика, наследствените болести изглеждат като загадка. Защо еволюцията не ги е елиминирала?
Защо еволюцията е позволила на болестите да се предават генетично?
Много често гледаме на тялото като на машина. Възприемаме болестите като дефект, който се появява в тази перфектно работеща машина. От еволюционна гледна точка, болестите не са дефект, а са продукт на естествения отбор (1). Вместо болестите да се приемат като дефект в работата на тялото, те могат да се наблюдават като вид адаптация. Това, което се случва в организма ни е резултат от естествения отбор – компромисна размяна – едно предимство за сметка на друга уязвимост, които често водят до това, което наричаме болести.
Важно е да осъзнаваме, че еволюцията не е създала организмите с цел дълголетие, а с цел репродукция. Дори и в някои случаи това да е с цената на по-малка продължителност на живота. Когато има конфликт – например, когато даден ген участва в подобряването на здравината на костите в младостта, но причинява калцифициране на артериите в по-късна възраст – този ген все пак ще бъде избран от еволюцията, макар и да води до фатални последици по-късно в живота. От гледна точка на еволюцията, когато има конфликт между репродукцията и дълголетието, репродукцията винаги взима победата.
Болестите като резултат от несъответствие между гените и средата
Една друга хипотеза за произхода на болестите се фокусира, върху несъответствието между гените и околната среда. В основата на тази идея е, че гените на предците ни са се адаптирали, към определена среда – например, към определен климат; към определени инфекции; към определена храна. С времето, заобикалящата ни среда и изискванията, които тя има към нас се променя по-бързо, отколкото биологията ни. Това води до несъответствие между средата, към която сме адаптирани и тази, в която сме принудени да оцеляваме. Така се появяват и болестите. Смята се, че много болести са резултат именно от такова несъответствие между гените и околната среда – включително диабета, сърдечносъдовите заболявания и хемохроматозата (излишно натрупване на желязо в тялото).
Кога наследените гени водят до развитието на болестно състояние?
Еволюционната медицина се занимава с взаимодействието на биологията и околната среда, с цел по-задълбоченото разбиране на болестите. Едно от най-разпространените обяснения за болестите от гледна точка на еволюцията е т.нар. хетерозиготно предимство (2). Ще припомня, че човек с два различни варианта на даден ген (единият наследен от майката, а другият от бащата), се нарича хетерозиготен носител. Когато са наследени два едни и същи варианта на даден ген, тогава имаме хомозиготен носител.
Сърповидно-клетъчна анемия
При болест, която е резултат от хетерозиготно предимство, може да доведе до положителна адаптация при носителите си и вредни последствия при хомозиготните носители. Такъв пример е сърповидно-клетъчната анемия и предпазването от малария. При това заболяване червените кръвни клетки (еритроцитите) се деформират. Хора, които са хетерозиготни носители на гена за този тип анемия имат около 90% вероятност да бъдат предпазени от малария. Този тип носители, не страдат от сърповидно-клетъчната анемия, но пък в голяма степен са „имунизирани“ от малария. Ако не се досетихте, маларията всъщност засяга именно еритроцитите. Маларията може да бъде смъртоносна и еволюцията е привилегировала запазването на този ген в области, където инфекциозното заболяване е разпространено, макар и това да е голям недостатък за хомозиготвните носители, които ще страдат от сърповидно-клетъчната анемия.
Дефицитът на желязо и последващата адаптация
Друг пример е генетичната мутация, която се наблюдава при хемохроматозата произлиза от адаптация, която се е появила, когато предците ни са преминали от предимно палео диета богата на месо, към неолитна диета богата на зърнени храни и по-бедна на месо, което е довело до дефицит на желязо (3). Носителите на гена за хемохроматоза (както хомозиготните, така и хетерозиготните), имат по-големи запаси от желязо и в неолитната среда, това може да е било предимство. Предполага се, че тази мутация се е проявила като заболяване – т.е. станала е недостатък, когато хранителното поведение се е променило и вече сме получавали достатъчно желязо от консумираната храна.
Предимството в младостта води до недостатъци в старините
Друга хипотеза за еволюцията и болестите е известна като антагонистична плейотропия (4). Плейотропията се отнася до случаите, когато даден ген оказва влияние върху две или повече черти. Антагонистичната плейотропия възниква, когато една от тези черти е предимство за организма, но другата черта, която се кодира от същия ген е вредна. Антагонистичната плейотропия стои и в основата на аргументите за остаряването. Това е сложен начин да се обясни една от основните теории за остаряването, според която гени, които са адаптивни (полезни) за организма в началото на живота, започват да вредят на по-късен етап. Например, гени и процеси, които са адаптивни и полезни за развитието на мозъка, започват да вредят, когато остаряваме. Такъв е случаят с намаляването на мозъчната пластичност (способността на мозъка да се променя и адаптира), която на по-ранен етап служи за това да фокусираме съзнанието си във вече утвърдената заобикаляща среда, но която с остаряването води до това да се сблъскваме с различни когнитивни проблеми.
Диабетът като адаптация към студа
От гледна точка на еволюционната медицина, диабетът също се смята за състояние, което е възникнало, така че да дава предимство на организма, но при специфични условия. В днешно време се причислява към заболяванията, защото отново се наблюдава това несъответствие между биологията и средата, в която се намираме. Еволюционната теория за диабет тип 1 е, че той се е развил при предците ни, които са населявали Северна Европа (преди около 14,000г.), когато температурите са паднали значително за няколко десетилетия и климатът рязко е застудял (5). Тогава продължителността на живота е била по-кратка и факторите, които предразполагат към развитието на диабет тип 1, са осигурявали предимство за оцеляване. Вредните последици от това състояние са станали значими в съвременния свят, когато продължителността на живота е по-голяма, което превъзхожда адаптивното предимство, което е осигурявало.
В книгата си “Survival of The Sickest”, д-р Шарън Моалем – експерт в генетиката и редките болести, пише, че диабет тип 1 е вид еволюционна адаптация към студения климат. Диабет тип 1 е много по-често срещан сред потомците на хора от Северна Европа. Интересното е, че Финландия, Швеция и Норвегия заемат първите три места, за най-много случаи на диабет тип 1.
От еволюционна гледна точка това означава, че някакъв аспект на тази черта, която причинява заболяването днес, е била предимство в миналото и е помогнала на голяма група от населението да оцелее. Генетични черти, които са осигурили на носителите си суперспособности, за да оцелеят на студа. Д-р Моалем смята, че високите нива на кръвната захар, предпазват клетките и тъканите от формирането на ледени кристали. За да разберем каква връзка има това с адаптацията към студеното, ще разгледаме един пример.
Кръвната захар е антифриз за тялото
Когато водата замръзне, тя се превръща в лед – образуват се малки остри кристали. Знаете, че голяма част от човешкото тяло е вода. Ако човек замръзне, хипотетично и водата в кръвта ще замръзне. Малките кристали биха разкъсали кръвните клетки и биха разрушили целостта на капилярите. Нещо като заледена тръба, която се пропуква. Разбира се, тялото ни е изградило различни механизми, за да се топли, когато усети студ – като треперенето или активирането на кафявите мазнини, които както знаем използват глюкоза. Можете да прочетете повече за тях – тук. Интересното е, че захарта понижава точката на замръзване на водата – т.е. захарта е нещо като антифриз. Колкото по-високо е съдържанието на захар в дадена течност, толкова по-ниска е точката на замръзване – т.е. трябва температурата да падне повече, за да течността да замръзне. Изследванията показват значимостта на повишената кръвна захар като средство за адаптация към студеното (5). Високите концентрации на „захар“ (глюкоза, глицерол и др.) в тялото играят ролята на антифриз за органите и тъканите.
В книгата си „Оцеляване на най-болните“, д-р Шарън Моалем дава един пример с гроздето. Когато стане студено, това което се случва с гроздето е, че съдържанието на вода намалява, което увеличава и съдържанието на захарта в оставащата вода. Това позволява на гроздето да устоява на студените температури, без да замръзва.
Нека се върнем на хората. Какво се случва, когато ни е студено? Обикновено се увеличава нуждата ни да отидем до тоалетната по малка нужда – т.нар. диуреза. Не че ни сравнявам с гроздето, но това е един от начините, по които тялото намалява количеството вода в тялото. Знаете, че урината е филтрирана кръв.
Диабетът, адаптацията към студено и болестното състояние
Да се върнем на диабета. Изглежда доста зловещо, еволюцията да създаде адаптация, която може да е опасна за здравето. В действителност, предците ни са имали повече кафяви мазнини (които използват глюкоза) и това диабето-подобното състояние е било временно. В студените периоди храната е била оскъдна, което автоматично води до по-ниски нива на кръвната захар, в комбинация с кафявите мазнини, които използват тази глюкоза за енергия, за да генерират топлина. В такъв случай, повишените нива на кръвната захар, в комбинация с ниски нива на инсулин, които ще се наблюдават, ако е налице състояние наподобяващо диабет, едва ли са достигали застрашаващи здравето равнище.
Каква е разликата с днес? В съвременния свят хората страдащи от диабет, имат малко кафяви мазнини, никакво излагане на студ (да не забравяме топлите дрехи, климатиците и всички удобства) и изобилие от всякаква храна. Така кръвната захар се повишава, но не е нужна на кафявите мазнини, за да стоплят тялото. Като добавим и липсата на достатъчно инсулин, за да отведе кръвната захар към черния дроб, мускулите или мазнините, тези повишени нива стават опасни. Така състояние, което еволюцията е изобретила с цел адаптация към студеното, в днешно време се превръща в заболяване. Резултат от несъответствието между биологията и изискванията на заобикалящата ни среда.
Инсулиновата резистентност като адаптация към глад и студ
Интересна е и хипотезата за развитието на инсулиновата резистентност, която отново е свързана със студа и периодите на глад и оскъдица. Когато има по-голяма продължителност на слънце-греенето, както е в по-топлите месеци, има и изобилие на храни богати на въглехидрати. Предполага се, че по-голямото количество на въглехидратите в храната е създавало временна инсулинова резистентност в тялото, което е спомагало за натрупването на мазнини (6, 7). Запасяване за студените месеци, когато храната е по-оскъдна, а при някои животински видове и за периода на хибернация. Тук ще спомена, че не анатемосвам въглехидратите и става въпрос за временно състояние, когато това какво се яде се е определяло от сезона и това какво природата е осигурила, а не от това какво има в магазина. Това състояние на временна инсулинова резистентност отново води до по-високи нива на глюкоза, което би имало предимство в условията на студ, както и при продължително гладуване. Разликата е, че в периода на студ и оскъдна храна, когато не е постъпвала достатъчно енергия в тялото, организмът се е „възстановявал“ и инсулиновата резистентност не е била хронично състояние. Ние нито хибернираме, нито сме изложени на студ и оскъдица, което отново създава несъответствие в начина ни на хранене и условията, в които живеем.
Каква е превенцията на болестите?
Това са само някои примери, как несъответствието между средата, в която се намираме и начина ни на живот, може да доведе до болестно състояние. Също така, всичко описано е още едно утвърждение, че именно промяната в начина ни на живот, може да промени и състоянието, в което се намираме. Промяната в храненето, количеството физическа активност, вмъкването на хорметични стресори като студени душове и сауна, биха променили сигналите, които изпращаме до тялото си, а това ще промени и функцията му. Резултатът ще бъде подобряване на здравословното ни състояние и по-добро качество на живота. Има много интересни изследвания за болестите като еволюционно предимство. Препоръчвам ви да прочетете и книгата на д-р Шарън Моалем, в която има много примери, но също така и доста интересен исторически преглед на събитията, които са довели до еволюционния натиск за промяна и последващата адаптация.
Използвана литература:
1. Nesse RM. How is Darwinian medicine useful? West J Med. 2001 May;174(5):358-60. doi: 10.1136/ewjm.174.5.358. PMID: 11342524; PMCID: PMC1071402.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1071402/
2. Naugler CT. Evolutionary medicine: update on the relevance to family practice. Can Fam Physician. 2008 Sep;54(9):1265-9. PMID: 18791103; PMCID: PMC2553465.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2553465/
3. Delanghe JR, Speeckaert MM, De Buyzere ML. The evolutionary adaptation of hemochromatosis associated mutations during the neolithic. Am J Phys Anthropol. 2016 Nov;161(3):530-531. doi: 10.1002/ajpa.23045. Epub 2016 Jun 27. PMID: 27348451.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27348451/
4. A.A. Cohen, D.J. Holmes, Evolution and the Biology of Aging, Reference Module in Biomedical Sciences, Elsevier, 2014, ISBN 9780128012383, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.00032-5.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128012383000325
5. Moalem S, Storey KB, Percy ME, Peros MC, Perl DP. The sweet thing about Type 1 diabetes: a cryoprotective evolutionary adaptation. Med Hypotheses. 2005;65(1):8-16. doi: 10.1016/j.mehy.2004.12.025. PMID: 15893109.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15893109/
6. Maarten R. Soeters, Peter B. Soeters, The evolutionary benefit of insulin resistance, Clinical Nutrition, Volume 31, Issue 6, 2012, Pages 1002-1007, ISSN 0261-5614, https://doi.org/10.1016/j.clnu.2012.05.011.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0261561412001112
7. Watve, M.G., Yajnik, C.S. Evolutionary origins of insulin resistance: a behavioral switch hypothesis. BMC Evol Biol 7, 61 (2007). https://doi.org/10.1186/1471-2148-7-61
https://bmcecolevol.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2148-7-61
