Десять тысяч лет в одной упряжке с дрожжами

Откуда у человека как биологического вида такая любовь к тому, от чего столько неприятностей? Может быть, достаточно сказать, что мы пьём, потому что от этого чувствуем себя хорошо? Нет, для эволюционной биологии этого мало.

История интимных отношений между человеком и дрожжами началась миллионы лет назад. И главная роль в этой драме принадлежит не нам. Хотя симбиотическая связь — это, безусловно, взаимовыгодное партнёрство, баланс сил постоянно смещается, и дрожжи взяли верх, заставив однажды наших предков сварить первое пиво. С тех пор мы очень бережно выращиваем дрожжи, обеспечивая им выживание и процветание, а в ответ получаем в лучшем случае клёвую вечеринку и похмелье на следующее утро. Но так было не всегда: когда-то дрожжи и алкоголь вознаграждали нас более щедро.

Мы не единственный вид, который не прочь заложить за воротник. Плодовые мушки тоже регулярно употребляют ферментированные фрукты и, по-видимому, безо всякого ущерба для себя. Другие животные не умеют так хорошо пить. Например, американский свиристель, отведав слишком много перезрелых ягод падуба мутовчатого, может запутаться в ветвях или врезаться в стену. Существуют страшные истории о пьяных слонах, но они плохо документированы. Есть даже рассказы о существах, которые прилагают особые усилия, чтобы оказаться в состоянии алкогольного опьянения. Так, тупайи (ближайшие родственники приматов) еженощно ищут игристое «вино» — тодди, которое дрожжи готовят из пальмового сока.

Подобное поведение можно проследить до начала эволюции фруктов около 130 млн лет назад. Именно тогда, в меловом периоде, возникли цветковые растения. После этого род грибов Saccharomyces эволюционировал таким образом, чтобы воспользоваться новым источником питания, и в ходе этого процесса научился одному важному трюку. Вместо того чтобы тратить энергию на полное расщепление сахаров, дрожжи приобрели способности расправляться с ними только частично, вырабатывая в виде побочного продукта этанол. Подобное происходит в том случае, когда сахаров много, а кислорода не хватает. На самом деле это говорит о том, что те древние дрожжи были менее эффективными, чем их предки, но неожиданно слабость обернулась преимуществом, ведь этанол убивает большинство бактерий, питающихся плодами, изводя конкурентов.

Сахаромицеты, скорее всего, питались только спелыми фруктами, ведь незрелые подчас токсичны, и запах этанола стал универсальным признаком того, что плоды можно есть. По мнению Роберта Дадли из Калифорнийского университета в Беркли (США), естественный отбор благоприятствовал приматам и другим фруктоедам, которые могли найти съедобное в обширных лесах. Эти особи, вероятно, выработали в себе способность ощущать приятное чувство при встрече с этанолом. С этого и началась наша дружба с алкоголем. Согласно этой теории, каждый раз, когда примат слышит характерный запах, в его мозге звенит колокольчик удовольствия. Кстати, мы можем быть в этом не одиноки. Во рту плодовых мушек имеется рецептор, который играет роль вкусового сосочка, нацеленного специально на алкоголь. Его обнаружил один аспирант, который в момент творческого бессилия предложил подопытным животным пива.

Г-н Дадли полагает, что наши предки начали варить алкогольные напитки, чтобы удовлетворить эту любовь, — почти точно так же, как мы возделываем сахарный тростник и сахарную свёклу ради любви к сладкому. Иными словами, то, что некогда приносило пользу, превратилось в источник злоупотреблений.

Это лишь гипотеза, и она оспаривается. Дуг Ливи из Национального научного фонда США считает, что приматы никогда не обладали врождённой склонностью искать плоды по аромату этанола, ведь сильный запах этого вещества чаще всего свидетельствует о перезрелости фруктов и ягод. Он предлагает иной вариант: наши предки изготовили спиртное, по неврологической случайности им понравились ощущения, они захотели ещё, и всё завертелось. В этом случае любовь к алкоголю сродни любви к кофеину или кокаину, а не к сахару.

Алкоголь и впрямь вызывает приятные чувства, связываясь с рецепторами ГАМК в мозге. Как правило, последние снижают активность нейронов, на которых находятся, результатом чего становится нетвёрдая походка и ослабление внутренних запретов. Благодаря этому было зачато бесчисленное количество детей и завязаны бесчисленные дружеские узы. В то же время это привело к огромному количеству ДТП, драк и даже войн.

В целом алкоголь оказался полезен не столько собирателям, сколько земледельцам. 10 тыс. лет назад дрожжи были противопоставлены бактериям, повреждающим пищу. Бражка позволяла сохранить лишнее зерно, и тем самым напитки и кушанья становились ещё питательнее, ведь дрожжи, помимо прочего, вырабатывают витамин B. Кроме того, алкоголь, вероятно, способствовал социальному взаимодействию, которое становилось всё сложнее по мере роста неолитических общин. Но самое главное — ферментация позволяет стерилизовать жидкость, ведь этанол убивает не только бактерии (в том числе холерные), но и другие патогены. Животные тоже пользуются продуктами брожения как лекарством. Например, плодовые мушки, заражённые паразитоидными перепончатокрылыми, начинают потреблять больше алкоголя, что убивает осу без вреда для мушки. В антисанитарных условиях древности продукты брожения были более здоровой альтернативой остальным напиткам.

Что касается нашего умения делать алкоголь, большинство антропологов склоняется к тому, что первые фермеры открыли брожение случайно, когда в хранилища с пшеницей и ячменём проникли сахаромицеты. Есть и другая, более занимательная гипотеза. Антрополог Соломон Кац из Пенсильванского университета (США) утверждал, что сначала было брожение, а уж оно-то и побудило наших предков взяться за возделывание зерновых. По крайней мере древнейшее свидетельство использования алкоголя старше древнейшего свидетельства земледелия в Китае, где его откопали. Сосуду 7 тыс. лет.

Сегодня мы знаем, что первые кувшины с пивом обжил вид Saccharomyces cerevisiae. У нас даже есть его точный генетический код (кстати, это был один из первых организмов, геном которого мы секвенировали). Однако мы ещё очень мало знаем о том, откуда он взялся.

Пивные дрожжи претерпели много изменений по мере того, как земледелие (а вместе с ним пиво и вино) распространялось по свету. В качестве бонуса человек получил множество штаммов пекарских дрожжей. В одной германской пещере монахи варили пиво из гибрида S. cerevisae с видом из Патагонии. Каким-то мистическим образом это происходило за сто лет до того, как европейцы добрались до Нового Света.

В Британии и других странах пивовары подсели на совершенно другой род дрожжей — Brettanomyces, который отделился от Saccharomyces 200 млн лет назад, но приобрёл те же способности.

Нет сомнений, что человек повлиял на эволюционную диверсификацию дрожжей, но едва ли можно говорить, что управляли этим процессом мы. Грибы очень часто вступают в симбиотическую связь с другими видами. Например, муравьи-листорезы скармливают грибам кусочки листьев, а те, в свою очередь, позволяют муравьиным личинкам пожирать свои плодовые тела. Плоскоходы носят грибы в маленьких сумочках, а потом выпускают их на мёртвые деревья, где те, вырастая, обеспечивают пищей личинки жуков. В этих и других случаях принято говорить, что животное приручило гриб, но, возможно, в действительности всё наоборот. В конце концов, это животные вынуждены кормить и носить их, а те лишь едят, растут и размножаются. Аналогичным образом пивоварам приходится заботиться о процветании дрожжей. И те сорта, которые отблагодарят нас лучше всех, получат больше шансов на выживание. Так, некоторые из них развили в себе способность переносить более высокую концентрацию алкоголя, чтобы человек мог насладиться более крепким напитком и стал беречь дрожжи пуще прежнего.

Грибы манипулируют нами и более прямым способом. Человек отличается от прочих приматов уровнем фермента, который расщепляет алкоголь, и тем, где он сконцентрирован. У других приматов алкогольдегидрогеназа почти равномерно распространена по всему организму, что неудивительно, ведь этанол является побочным продуктом различных физических процессов, поэтому большинству клеток приходится так или иначе с ним сталкиваться. Этот фермент можно найти повсюду и в нас, но в печени его непропорционально много, ведь именно туда в конечном итоге попадает весь потреблённый нами алкоголь. 0,4% алкоголя в крови считается смертельной концентрацией для взрослого человека. Тот, кто выживает, имеет обычно больше алкогольдегидрогеназы в печени, а потому успевает переработать его быстрее, чем приходит старуха с косой. Сегодня в среднем 10% ферментов, содержащихся в печени, занимаются этанолом.

В общем, мы прекрасная пара: дрожжи помогли неолитическому земледельцу выжить, снизив риск подхватить инфекцию, передающуюся через сырую воду, мы ответили им тем же, а они сделали наши напитки ещё крепче. Регулярно появляются исследования, которые утверждают, что немного вина или пива полезно для здоровья. Однако в целом алкоголь нынче обходится обществу дорого: в 2010 году он занял третье место среди факторов риска, погубив 4,9 млн человек. Экономические потери исчисляются сотнями миллиардов долларов.

В тех местах, где это продолжается в течение многих поколений, естественный отбор начал склоняться в пользу адаптации, которая поощряет потреблять меньше алкоголя. В детоксикации этанола, помимо алкогольдегидрогеназы, которая превращает его в ацетальдегид, принимает участие ещё один фермент — альдегиддегидрогеназа, преобразующая ацетальдегид в ацетат. У некоторых народов Восточной Азии, в том числе у большинства китайцев и японцев, ген альдегида не работает как следует. Когда люди с этой версией гена употребляют алкоголь, они пьянеют быстро, лица становятся красными, пульс учащается, и приходит спасительная тошнота.

Эта генная мутация распространялась в ногу с техникой возделывания риса и производства рисовой водки 7–10 тыс. лет назад. Едва ли такое совпадение случайно. По-видимому, отбор был не только естественным, но и половым: краснолицые выпивохи реже находили себе пару.

Так что же, наш роман с алкоголем через некоторое время закончится? В какой-то мере да, но мы ещё слишком мало знаем, чтобы прогнозировать будущее с уверенностью. Поэтому давайте просто поднимем бокал за дрожжи. Проклянём их и благословим!

Подготовлено по материалам NewScientist.