Die genetische Mutation, die wahrscheinlich vor 20.000 Jahren entstanden ist, erhöht die Verzweigungsdichte der Milchgänge in der Brust, was möglicherweise mehr Fett und Vitamin D für Säuglinge bereitstellt, die im hohen Norden leben, wo der Mangel an ultravioletter Strahlung es schwierig macht, Vitamin D in der Haut zu produzieren.
Wenn die Ausbreitung dieser genetischen Mutation tatsächlich auf eine Selektion für eine verstärkte Verzweigung der Milchgänge zurückzuführen ist, wäre diese Anpassung der erste Beweis für eine Selektion auf die menschliche Mutter-Kind-Bindung.
„Dies unterstreicht die Bedeutung der Mutter-Kind-Beziehung und wie essentiell sie für das Überleben des Menschen war“, sagt Leslea Hlusko, eine außerordentliche Professorin für integrative Biologie an der Universität von Kalifornien, Berkeley.
Was die Zähne betrifft, so beeinflusst das Gen, das das Wachstum der Milchgänge kontrolliert, zufällig auch die Form der menschlichen Schneidezähne. Als die genetische Mutation in einer Vorfahrenpopulation, die während der letzten Eiszeit im hohen Norden lebte, selektiert wurde, wurden folglich auch schaufelförmige Schneidezähne immer häufiger. Schaufelförmige Schneidezähne sind bei amerikanischen Ureinwohnern und nordostasiatischen Populationen häufig, aber bei allen anderen selten.
Hlusko und ihre Kollegen skizzieren die vielen Beweise, die diese Idee unterstützen, in einem Artikel, der diese Woche in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.
Das Ergebnis könnte auch Auswirkungen auf das Verständnis der Ursprünge von dichtem Brustgewebe und dessen Rolle bei Brustkrebs haben.
Für die Studie bewerteten Hlusko und ihre Kollegen das Vorkommen von schaufelförmigen Schneidezähnen in archäologischen Populationen, um den Zeitpunkt und den Ort der evolutionären Selektion für das Merkmal abzuschätzen. Sie fanden heraus, dass fast 100 Prozent der amerikanischen Ureinwohner vor der europäischen Kolonisation schaufelförmige Schneidezähne hatten, ebenso wie etwa 40 Prozent der Ostasiaten heute.
Das Team nutzte dann die genetischen Effekte, die mit der Zahnvariation geteilt werden, als eine Möglichkeit, die Evolutionsgeschichte der Brustdrüsen aufgrund ihres gemeinsamen Entwicklungsweges zu erkennen.
„Die Leute haben lange gedacht, dass dieses Schaufelmuster so stark ist, dass es eine evolutionäre Selektion gegeben haben muss, die dieses Merkmal begünstigt, aber warum sollte es eine so starke Selektion auf die Form der Schneidezähne geben?“ sagte Hlusko. „
Die Vitamin-D-Verbindung
Die ausreichende Versorgung mit Vitamin D, das für ein robustes Immunsystem, die richtige Fettregulierung und die Kalziumabsorption wichtig ist, ist in nördlichen Breitengraden ein großes Problem, weil die Sonne das ganze Jahr über tief am Horizont steht und oberhalb des Polarkreises einen Teil des Jahres überhaupt nicht scheint. Während Menschen in niedrigeren Breitengraden fast alles Vitamin D, das sie benötigen, durch die Exposition der Haut mit ultraviolettem Licht erhalten können, zwang das knappe UV in hohen Breiten nördliche Völker wie die Sibirier und Inuit dazu, ihr Vitamin D aus tierischem Fett zu erhalten, indem sie große Pflanzenfresser und Meeressäuger jagten.
Aber Babys müssen ihr Vitamin D aus der Muttermilch bekommen, und Hlusko postuliert, dass die verstärkte Verzweigung der Milchgänge ein Weg gewesen sein könnte, mehr Vitamin D und das dazugehörige Fett zu liefern.
Hlusko, die sich auf die Evolution der Zähne bei Tieren, insbesondere bei Primaten und frühen Menschen, spezialisiert hat, entdeckte diese Zusammenhänge, nachdem sie gebeten wurde, an einer wissenschaftlichen Sitzung über die Ausbreitung des modernen Menschen in ganz Amerika auf der Tagung der American Association for the Advancement of Science im Februar 2017 teilzunehmen. Bei der Vorbereitung ihres Vortrags darüber, was Zähne uns über die Besiedlung der Neuen Welt erzählen können, hat sie die Genetik der Zahnvariation mit den archäologischen Beweisen zusammengebracht, um unser Verständnis der Selektion auf die Schneidezahnform neu zu gestalten.
Schneidezähne werden als „schaufelförmig“ bezeichnet, wenn die Zungenseite der Schneidezähne – die Schneidezähne im vorderen Teil des Mundes, vier oben, vier unten – Grate an den Seiten und an der Bisskante haben. Sie ist charakteristisch für die amerikanischen Ureinwohner und die Bevölkerungen in Ostasien – Korea, Japan und Nordchina – mit einer zunehmenden Häufigkeit, je weiter man nach Norden reist. Die genetische Mutation, die für das Schaufeln verantwortlich ist – die in mindestens einer der beiden Kopien oder Allele eines Gens namens EDAR vorkommt, das für ein Protein namens Ectodysplasin-A-Rezeptor kodiert – ist auch an der Bestimmung der Dichte der Schweißdrüsen in der Haut, der Dicke der Haarschäfte und der Verzweigung der Gänge in den Brustdrüsen beteiligt. Frühere genetische Analysen lebender Menschen kamen zu dem Schluss, dass die Mutation in Nordchina durch die Selektion auf mehr Schweiß- oder Talgdrüsen während der letzten Eiszeit entstanden ist.
„Keine von beiden ist eine befriedigende Erklärung“, sagte Hlusko. „Es gibt einige wirklich heiße Gegenden auf der Welt, und wenn das Schwitzen so empfindlich auf Selektionsdruck reagierte, dann fallen mir einige Orte ein, an denen wir eher eine Selektion auf diese genetische Variation gesehen hätten als in Nordchina während des letzten glazialen Maximums.“
Der beringianische Stillstand
Die Erkenntnisse stammen aus einer Arbeit von 2007 und später aus einer Studie von Hluskos Co-Autor Dennis O’Rourke aus dem Jahr 2015, in der Wissenschaftler aus der DNA der amerikanischen Ureinwohner ableiteten, dass sie sich vor mehr als 25.000 Jahren von anderen asiatischen Gruppen abgespalten haben, obwohl sie erst vor 15.000 Jahren nach Nordamerika kamen. Ihre Schlussfolgerung war, dass die Vorfahren der Ureinwohner Amerikas für etwa 10.000 Jahre in einem Gebiet zwischen Asien und Nordamerika siedelten, bevor sie schließlich in die Neue Welt zogen. Dieser so genannte Beringianische Stillstand fiel mit dem Höhepunkt des letzten glazialen Maximums vor 18.000 bis 28.000 Jahren zusammen.
Nach der Beringianischen Stillstandshypothese zogen die Menschen, die in Sibirien gelebt hatten, nach Beringia, als das Klima mit Beginn des letzten glazialen Maximums trockener und kühler wurde. Gigantische Eisschilde im Osten verhinderten die Migration nach Nordamerika. Sie konnten nicht nach Südwesten wandern, weil es dort eine große Fläche einer baumlosen und unwirtlichen Tundra gab. Das Gebiet, in dem sie Zuflucht fanden, war dank der veränderten Meeresströmungen, die mit der letzten Eiszeit einhergingen, eine biologisch produktive Region, die durch den niedrigeren Meeresspiegel vergrößert wurde. Genetische Untersuchungen von Tieren und Pflanzen aus der Region deuten darauf hin, dass es in Beringia zu dieser Zeit ein isoliertes Refugium gab, in dem Arten mit lokal adaptiven Merkmalen entstanden sind. Eine solche Isolation ist reif für die Selektion auf genetische Varianten, die es Pflanzen, Tieren und Menschen leichter machen, zu überleben.
„Wenn man diese Daten von den Zähnen nimmt, um die Evolutionsgeschichte dieses EDAR-Allels zu interpretieren, verschiebt man die selektive Episode auf die beringische Stillstandspopulation, und das gibt einem den Umweltkontext“, sagte Hlusko. „In diesen hohen Breitengraden hätten diese Menschen einen Vitamin-D-Mangel gehabt. Wir wissen aus den archäologischen Aufzeichnungen, dass sie eine Ernährung hatten, die versuchte, dies zu kompensieren, und weil es in dieser Population Hinweise auf eine Selektion für bestimmte Allele der Gene gibt, die die Fettsäuresynthese beeinflussen. Aber noch spezifischer, diese Gene modulieren die Fettsäurezusammensetzung der Muttermilch. Es sieht so aus, als ob diese Mutation des EDAR-Gens auch in dieser angestammten Population selektiert wurde, und die Auswirkungen von EDAR auf die Brustdrüsen ist das wahrscheinlichste Ziel der Selektion.“
Das EDAR-Gen beeinflusst die Entwicklung vieler Strukturen, die sich vom Ektoderm des Fötus ableiten, einschließlich der Zahnform, Schweißdrüsen, Talgdrüsen, Brustdrüsen und Haare. Infolgedessen führt die Selektion auf ein Merkmal zu einer koordinierten Evolution der anderen. Der verstorbene Evolutionsbiologe und Autor Steven Jay Gould bezeichnete solche Nebenprodukte der Evolution als Spandrillen.
„Diese beringische Population ist ein Beispiel für das, was tausende Male über Millionen von Jahren passiert ist: Menschliche Populationen bilden sich, existieren eine Weile und zerstreuen sich dann, um neue Populationen zu bilden, die sich mit anderen Gruppen von Menschen vermischen, die alle ihre Spuren in der heutigen Variation des modernen Menschen hinterlassen“, sagte Hlusko. „Eine wichtige Botschaft ist, dass die menschliche Variation heute diesen dynamischen Prozess der ephemeren Populationen widerspiegelt und nicht das traditionelle Konzept der geografischen Rassen mit deutlichen Unterschieden zwischen ihnen.“