人類が乳糖を消化できる遺伝形質を進化させる何千年も前に、ヨーロッパの先史時代の人々は牛乳を消費していたことが、新研究で明らかになった。2022年7月27日にNature誌に掲載されたこの研究は、過去9,000年にわたる先史時代の牛乳の使用パターンをマッピングし、牛乳消費と乳糖耐性の進化について新たな知見を提供するものだ。この論文は「ヨーロッパにおける酪農、病気、ラクターゼ持続性の進化（Dairying, Diseases and the Evolution of Lactase Persistence In Europe）」と題されている。
これまで、乳糖耐性が出現したのは、人々がより多くの牛乳や乳製品を消費できるようになったからだと広く考えられていた。しかし、ブリストル大学とロンドン大学（UCL）の科学者が、他の20カ国の共同研究者とともに主導したこの新しい研究は、飢饉と感染症への曝露が、牛乳や他の非発酵乳製品を摂取する能力の進化を最もよく説明できることを示している。
今日のほとんどのヨーロッパの成人は不快感なく牛乳を飲むことができるが、今日の世界の成人の3分の2、そして5,000 年前のほぼすべての成人は、牛乳を飲みすぎると問題に直面する可能性がある。牛乳には乳糖が含まれており、この乳糖が消化されないと大腸に移動し、痙攣、下痢、鼓腸などを引き起こすため、乳糖不耐症と呼ばれている。しかし、この新研究は、今日の英国ではこのような影響はまれであることを示唆している。
ブリストル大学MRC統合疫学ユニットのディレクターであり、本研究の共著者であるジョージ・デイヴィー・スミス教授は、次のように述べている。「乳糖を消化するためには、我々の腸内でラクターゼという酵素を作り出す必要がある。ほとんどの赤ちゃんはラクターゼを産生するが、世界の大多数の人は、離乳期から青年期にかけてその産生量が急速に減少する。しかし、ラクターゼ持続性という遺伝形質が過去1万年の間に何度も進化し、ヨーロッパ、中央・南アジア、中東、アフリカのさまざまな乳飲用人口で広がってきたのだ。現在では、世界の成人の約3分の1がラクターゼ活性持続性であるといわれている。」
研究チームは、過去9,000年間の牛乳の使用パターンをマッピングし、英国バイオバンクを調査し、新しいコンピュータモデリング技術を使って古代のDNA、放射性炭素、考古学データを組み合わせることにより、ラクターゼ活性持続性遺伝形質が、紀元前4,700〜4600年頃に初めて検出されてから約4,000年後にあたる、紀元前約1,000年までは一般的ではなかったことを明らかにすることができた。
「ラクターゼ活性持続性遺伝的変異体は、ある種のターボチャージ付き自然選択によって高頻度に押し出されたのだ。」と、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの進化遺伝学教授で研究の共著者であるマーク・トーマス教授が付け加えた。
ブリストル大学化学部のリチャード・エヴァーシェッド教授は、ラクターゼ活性の持続性がどのように進化したかを明らかにするため、554の遺跡から出土した13,181個の土器片から約7,000個の有機動物性脂肪の残留物を抽出し、人々がいつどこでミルクを摂取していたかについて前例のないデータベース構築を試みた。その結果、牛乳はヨーロッパの先史時代、約9,000年前の最古の農耕時代から広く利用されていたが、時代によって地域によって増加したり減少したりすることがわかった。
マーク・トーマス教授率いるUCLの研究チームは、このことがラクターゼ活性持続性の進化とどのように関係しているかを理解するため、先史時代のヨーロッパとアジアの1,700人以上から得た公表済みの古代DNA配列を用いて、ラクターゼ活性持続性の遺伝子変異の有無をデータベース化した。それらは、約5,000年前以降に初めて確認され、3,000年前までにはその頻度はかなり高くなり、今日では非常に一般的であることが分かった。
次に研究チームは、牛乳の使用量の経時的な変化が、ラクターゼ活性の持続性の自然淘汰をどの程度説明できるかを調べるために、新しい統計的手法を開発した。その結果、牛乳の使用量がラクターゼ活性の持続性を進化させるという、長年信じられてきた見解に挑戦することになった。
ジョージ・デイヴィー・スミス教授のチームは、30万人以上の生存者の遺伝子と医療データからなる英国バイオバンクのデータを調査し、遺伝的にラクターゼ活性持続性のある人と無い人の間で牛乳を飲む行動にわずかな差しかないことを発見した。つまり、遺伝的にラクターゼ活性非持続性の人の大部分は、牛乳を飲んでも短期的にも長期的にも健康に悪影響を及ぼさないということである。
デイヴィー・スミス教授は、「今回の発見は、少なくとも9000年前からヨーロッパで牛乳が広く使われていたこと、そして健康な人間は、ラクターゼ活性非持続性であっても、病気になることなく喜んで牛乳を摂取できたことを示している。しかし、ラクターゼ活性非持続性の人が牛乳を飲むと、腸内の乳糖濃度が高くなり、大腸に液体を引き込み、これが下痢性疾患と結びつくと脱水症状を引き起こす可能性がある」「健康でラクターゼ活性非持続の人が牛乳をたくさん飲めば、多少の不快感はあっても、それで死ぬことはないだろう。しかし、ひどい栄養失調で下痢をしていたら、命にかかわる問題だ」と付け加えている。
先史時代の人々は、作物が不作になったとき、発酵していない高乳糖のミルクを摂取する傾向が強かったと思われる。
これらの考えを検証するために、トーマス教授のチームは、過去の飢饉と病原体への暴露の指標を、統計モデルに適用した。その結果、ラクターゼ活性持続性遺伝子の変異体は、より飢饉や病原体が多かった時代に、より強い自然淘汰を受けたという説明が明確に支持されたのだ。
著者らは次のように結論づけている。「我々の研究は、先史時代の後期において、人口と居住地の規模が大きくなるにつれて、人間の健康が劣悪な衛生環境と増加する下痢性疾患、特に動物由来の疾患によって影響を受けるようになったであろうことを実証している。このような状況下では、牛乳を摂取することで死亡率が上昇し、特にラクターゼ活性の持続性を欠く人は脆弱であったと考えられる。この状況は、病気や栄養失調の割合が増える飢饉の状況下では、さらに悪化しただろう。このため、ラクターゼ活性持続性遺伝子の変異体を持たない個体は、生殖年齢に達する前やその間に死亡する可能性が高くなり、ラクターゼ活性持続性の人口普及率を押し上げることになるのである 」
「現代の人間の死亡率に影響を与えるのと同じ要因が、先史時代を通じて、この驚くべき遺伝子の進化を促したようだ」。
この研究は、王立協会、RCUK-医学研究評議会(MRC)と自然環境研究評議会(NERC)、ヨーロッパ研究評議会からの資金援助を受けて行われた。
