Înainte de a sublinia de ce ideea genei thrifty este greșită, voi clarifica ce este o genă thrifty și cum se presupune că acestea au fost cândva avantajoase. O genă economă are ca rezultat un fenotip care este „…excepțional de eficient în ingerarea și/sau utilizarea hranei”.1 Se sugerează că mediul nostru istoric a fost punctat de perioade de foamete. Prentice9 , de exemplu, a afirmat că „foametea a fost o presiune selectivă mereu prezentă asupra populațiilor umane”, iar Chakravarthy și Booth12 au afirmat că „nu a fost neobișnuit ca strămoșii noștri… să treacă prin perioade de sărbătoare (în timpul abundenței de hrană) intercalate cu perioade de foamete…” Prentice16 a detaliat multe cazuri de foamete istorică ca dovadă directă de susținere. Având în vedere acest scenariu de alternanță între sărbătoare și foamete, Prentice17 a sugerat că „…adaptările care permit unui organism să acumuleze rapid grăsime în perioadele de surplus de hrană ar avea un avantaj de supraviețuire în perioadele reciproce de… foamete”. În urma lui Neel1 , se presupune că aceste gene acționează prin selecție asupra aportului alimentar. Efectele asupra cheltuielilor nu sunt excluse, dar sunt considerate mai puțin probabile.16 Se sugerează că genele de economisire sunt selectate pozitiv în mediul istoric de sărbătoare și foamete, deoarece în timpul perioadelor de sărbătoare ele îi îngrașă pe oameni. Această grăsime furnizează energia necesară pentru ca indivizii să supraviețuiască în timpul foametelor ulterioare. După cum afirmă Neel1: „Ulterior, în timpul foametelor, indivizii cu genotipul „economic” ar avea un avantaj de supraviețuire, deoarece se bazează pe o cantitate mai mare de energie stocată anterior pentru a menține homoeostazia, în timp ce cei fără genotipuri „economice” ar fi dezavantajați și ar avea mai puține șanse de supraviețuire”. Prin urmare, accentul a fost pus inițial pe supraviețuirea sporită, dar un al doilea avantaj, remarcat ulterior, a fost acela că genele economiatoare ar putea susține, de asemenea, fecunditatea în timpul foametei. După cum a afirmat Prentice16 , „…această selecție ar fi fost mediată prin suprimarea fertilității, precum și prin mortalitatea reală” (a se vedea, de asemenea, Wells18). Într-un mediu caracterizat de ospăț și foamete, se presupune că genele economiști sunt selectate pozitiv datorită avantajelor de supraviețuire și de fecunditate conferite de grăsimea depozitată între perioadele de foamete. În societatea modernă, unde există o abundență perpetuă de hrană, aceste gene își pregătesc deținătorii pentru foamete care nu se materializează niciodată, iar consecința este obezitatea generalizată.
De ce acest argument este eronat
Haldane25 a fost printre primii care a dezvoltat un tratament cantitativ al așteptărilor pentru răspândirea unei alele mutante dominante avantajoase (A) în comparație cu alela alternativă (a). Având în vedere un avantaj selectiv (k) de numai 0,001, adică un beneficiu sporit de supraviețuire sau de fecunditate de numai 0,1% pentru purtătorii alelei A față de homozigotul „aa”, numărul de generații necesare pentru ca alela A să se răspândească de la 1% din loci de populație la 99% a fost calculat ca fiind de 16 500 de generații. Oamenii moderni au evoluat din strămoșii hominidelor din Africa în urmă cu aproximativ 2 milioane de ani. Cu un timp de generație de aproximativ 20-30 de ani, acest lucru echivalează cu aproximativ 100 000-70 000 de generații. În consecință, dacă mutațiile avantajoase (A) în gene potențialii conservatoare au apărut la întâmplare de-a lungul acestei perioade, iar aceste gene au oferit un avantaj selectiv mai mare de 0,1%, atunci majoritatea acestor gene (aproximativ 80%) ar fi fixate la o prevalență de >99%. Restul de 20% din mutații ar fi apărut în timpul ultimelor 16 500 de generații și nu ar fi crescut încă până la o prevalență de >99%. Dacă ideea genei economiatoare este corectă, ar trebui să fi moștenit cu toții mutații avantajoase în genele economiatoare, iar dacă aceste mutații cauzează obezitatea, așa cum sugerează ipoteza, ar trebui să fim cu toții obezi. Cu toate acestea, chiar și în Statele Unite, doar 20-30% dintre indivizi sunt obezi.26, 27 Într-adevăr, 30% dintre americani nu sunt nici măcar supraponderali și sunt rezistenți la creșterea în greutate.28
O potențială soluție la această problemă cu ipoteza genei thrifty ar putea fi faptul că foametea a fost un factor care a determinat evoluția genelor thrifty pentru o perioadă mult mai scurtă de timp. Există o diferență de opinie între susținătorii ideii genei thrifty cu privire la acest aspect. Chakravarthy și Booth12 exemplifică o poziție conform căreia toată selecția pentru genele economiatoare a avut loc înainte de neolitic. Acest lucru este în paralel cu afirmația lui Prentice16 conform căreia „foametea a fost o caracteristică selectivă mereu prezentă în rândul populațiilor umane”. Pe de altă parte, Prentice17 susține că foametea a fost o forță selectivă doar de când am dezvoltat agricultura, în urmă cu 12 000 de ani. După cum s-a detaliat mai sus, dacă selecția pozitivă ar fi acționat asupra genelor economisitoare timp de 70 000-100 000 de generații, am fi fost cu toții grași. Dar cum rămâne cu ideea alternativă conform căreia foametea a selectat genele de economisire doar în ultimii 12 000 de ani (400-600 de generații)? În mod clar, orice genă care a oferit doar un avantaj selectiv (k) de 0,001 nu ar avea nicio șansă să se răspândească în această perioadă: în acest caz, am fi cu toții slabi.
Un mod alternativ de a privi această problemă este să întoarcem întrebarea și să ne întrebăm ce valoare selectivă ar fi necesară pentru ca o alelă să se răspândească la 30% din populație pe parcursul a 600 de generații? (adică pentru a produce obezitate la 30% din indivizi). Modelarea răspândirii alelelor dominante sugerează că k ar trebui să fie de aproximativ 0,03 pentru a genera o deplasare a alelei de la 1 la 30% în 600 de generații. Adică, o diferență de supraviețuire sau de fecunditate de 3% între purtătorii homozigoți sau heterozigoți ai alelei A și purtătorii homozigoți aa în fiecare generație. În restul acestui articol, voi argumenta că diferența de supraviețuire sau de fecunditate pe generație între subiecții obezi și cei care nu sunt obezi, ca o consecință a expunerii la foamete, este insuficientă pentru a genera fondul genetic observat al epidemiei actuale.
Perioadele de insecuritate alimentară sunt relativ frecvente și, din punct de vedere istoric, au avut loc aproximativ o dată la fiecare deceniu.29, 30 Aceste perioade, totuși, fără mortalitate nu sunt importante pentru selecția genetică. Foametele, cu o mortalitate semnificativă, au fost relativ rare. Studiile demografice sugerează că foametea are loc aproximativ o dată la 150 de ani (Dupaquier31 și Ho32), adică aproximativ o dată la 5-7 generații. Dacă foametea ar reprezenta forța selectivă, fiecare foamete ar trebui să implice o diferență de mortalitate între purtătorii alelelor A și a de aproximativ 5-7 ori mai mare decât valoarea critică k pe generație de 0,03. Diferența de mortalitate între obezi (purtători AA sau Aa) și slabi (purtători aa) în timpul foametei ar trebui să fie între 15 și 21%.
Se sugerează frecvent că mortalitatea prin foamete variază între 20 și 60%. Cu toate acestea, estimările privind impactul foametei asupra mortalității sunt în mod obișnuit exagerate, adesea prin confundarea efectelor mortalității cu emigrarea. Foamete mai recente, în care s-a ținut o evidență mai bună, sugerează că, în mod normal, mortalitatea în timpul foametelor multianuale, chiar și de lungă durată, depășește rareori 10% din populație (a se vedea referințele Speakman22, 23). De exemplu, figura 1a arată mortalitatea în timpul foametei chineze „marele salt înainte”, între 1958 și 1960, în cele șase districte din jurul WuHu din Anhui33 . Aceste date sunt deosebit de utile deoarece restricțiile privind circulația în timpul acestei foamete înseamnă că mortalitatea nu este confundată cu emigrarea. Mortalitatea totală în cei doi ani principali de foamete (1959 și 1960) a fost de 12,1 %, dar mortalitatea înainte și după foamete a fost în medie de 1,2 % pe an, astfel încât 9,7 % în total ar putea fi atribuită direct foametei. Sunt disponibile înregistrări pentru multe foamete și apare un model similar. Nivelul mortalității raportate (la 5-12%) nu se încadrează în creșterea de 15-21% a mortalității necesară pentru a selecta genele economiatoare.
Mortalitatea anuală (a) și ratele anuale de natalitate (b) în WuHu, provincia AnHui, China, între 1956 și 1965. Foametea „marelui salt înainte” indicată de bară a început la mijlocul anului 1958 și a durat până la sfârșitul anului 1960. Date trasate din tabelele din St Clair et al.33
Deși ratele de mortalitate în timpul foametei nu par suficient de ridicate pentru a selecta pentru genele economiatoare, diferența dintre mortalitatea observată în timpul foametei, de 5-12%, și mortalitatea necesară între purtătorii și non-purtătorii genotipului economiator, de 15-21%, nu este atât de mare și, probabil, se încadrează în marja de eroare a acestor două cifre. Cu toate acestea, dacă presupunem cu generozitate că aceste cifre se potrivesc cu adevărat, absolut toată mortalitatea din timpul foametei ar trebui să cadă asupra purtătorilor alelei „aa” non-trifty. Orice subiecți obezi purtători ai genotipurilor „Aa” sau „AA”, care nu sunt suficienți, ar trebui să fie complet scutiți de orice mortalitate. Ipoteza genei economiatoare sugerează că purtătorii „genelor economiatoare” supraviețuiesc pentru că depozitează grăsime între perioadele de foamete. Implicația acestei ipoteze este că principalul factor care cauzează mortalitatea cauzată de foamete este epuizarea rezervelor de energie – adică foametea – și că persoanele mai grase își epuizează rezervele mai lent. Cu toate acestea, înregistrările privind mortalitatea cauzată de foamete arată în mod concludent că majoritatea indivizilor, în timpul majorității foametelor, nu mor de foame (de exemplu, referințele 34, 35, 36, 37). Există câteva excepții în care foametea este cauza principală a decesului, dar acestea par a fi foamete neobișnuită pe insule mici.38 Cei mai mulți oameni, în majoritatea foametelor, mor de boli, în special de holeră și febră tifoidă, și de tulburări precum diareea.
Cauzele mortalității cauzate de foamete sunt, în mod previzibil, complexe. Cu toate acestea, un factor important pentru care oamenii se îmbolnăvesc de aceste boli și tulburări în timpul foametei este, în parte, pentru că sunt înfometați, iar acest lucru îi obligă să facă alegeri dezastruoase în selectarea alimentelor. Oamenii vor mânca în mod obișnuit carii și cadavre în descompunere, iar aceste obiceiuri cresc foarte mult probabilitatea apariției unor probleme gastrointestinale precum diareea. Există o degradare generală a condițiilor sanitare, iar rezervele de apă sunt adesea contaminate. Acest lucru duce la condiții în care se răspândesc holera39 și febra tifoidă. Rujeola și tifosul (de exemplu, Raoult et al.40) sunt, de asemenea, frecvente în rândul victimelor foametei. Având în vedere motivele pentru care cei mai mulți oameni mor în timpul foametei, pare puțin probabil ca această mortalitate să fie distorsionată în întregime în favoarea subiecților inițial slabi, cruțându-i complet pe cei obezi.
Se poate argumenta că, deși cauza finală a morții este în mod normal boala, mortalitatea ar putea fi totuși distorsionată în favoarea indivizilor slabi. Acest lucru se datorează faptului că persoanele slabe sunt mai aproape de înfometare și, prin urmare, pot face alegeri alimentare mai proaste în disperare și pot avea un sistem imunitar mai slab, ceea ce le face mai sensibile la boli. Unele dovezi susțin acest punct de vedere, deoarece epuizarea severă este un predictor al riscului de îmbolnăvire și al mortalității în rândul victimelor foametei (Lindtjorn et al.41 și Collins și Myatt42). Indicele de masă corporală (IMC) nu este un bun predictor al riscului de mortalitate, deoarece odemele de foamete umflă adesea IMC.42
Cum se leagă epuizarea de greutatea corporală inițială sau de grăsimea inițială, cu toate acestea, rămâne neclar – iar factori precum vârsta, statutul social, sexul și agresivitatea competitivă pot fi factori mai importanți care determină epuizarea decât starea corporală inițială (de exemplu, ipoteza drepturilor pentru mortalitatea provocată de foamete; Sen43). Din păcate, nu dispunem de date privind o populație de indivizi măsurați înainte de foamete în ceea ce privește grăsimea corporală (sau chiar IMC) și nici de o indicație a modului în care aceste diferențe s-au tradus în supraviețuirea la foamete. Cu toate acestea, dispunem de date abundente privind mortalitatea în timpul foametei, iar tiparele se repetă în aproape toate foametele pentru care avem date. Persoanele care mor sunt copiii cu vârsta sub 10 ani și persoanele în vârstă de peste 40 de ani.44, 45, 46, 47 În ceea ce privește persoanele cu vârsta de peste 40 de ani, acestea își vor fi transmis deja, în cele mai multe cazuri, genele; prin urmare, mortalitatea lor ar putea avea doar efecte indirecte, influențând poate probabilitatea de mortalitate în rândul copiilor sau nepoților lor, din cauza absenței unei îngrijiri extinse. În plus, este imposibil ca mortalitatea la copiii sub 10 ani să fi fost influențată în favoarea celor slabi în detrimentul celor obezi, deoarece obezitatea infantilă a fost practic necunoscută în toate populațiile până foarte recent.
Rezumat al efectelor genelor de îngrășare asupra mortalității
Sumând argumentele de mai sus, dacă se adoptă poziția adoptată de Prentice17 potrivit căreia selecția care favorizează genele de îngrășare a avut loc doar în ultimii 12 000 de ani, nivelurile mortalității în timpul foametei și datele demografice ale acestei mortalități nu oferă o forță selectivă suficientă pentru a favoriza răspândirea genelor de îngrășare în 30% din populație. Acest lucru ne lasă cu mai multe alternative. În primul rând, propunerea lui Chakravarthy și Booth12 conform căreia foametea se întinde până în zorii genului Homo ar putea fi corectă, dar, în acest caz, toți am fi moștenit în genele noastre o economie și am fi cu toții obezi – ceea ce, în mod evident, nu suntem. În al doilea rând, este posibil ca mortalitatea în timpul foametei să nu fie un factor important. Este posibil ca obezii să nu moară mai frecvent în timpul foametei, dar să poată continua să se reproducă și, prin urmare, să obțină un avantaj în ceea ce privește fecunditatea. În al treilea rând, este posibil ca întreaga idee să fie greșită, iar baza genetică a epidemiei de obezitate să se datoreze unui proces complet diferit. Am argumentat în altă parte pentru această a treia posibilitate.24 Voi încheia această lucrare luând în considerare sugestia alternativă conform căreia diferențele de fecunditate dintre subiecții obezi și cei slabi în timpul foametei sunt cele care asigură presiunea selectivă pentru genele economiatoare, iar apoi voi dezvolta procesul alternativ prezentat anterior.
Famie și fecunditate
Sugestia că persoanele obeze păstrează o fecunditate mai mare în timpul foametei are multe motive să fie lăudată. Sugestia este că nivelurile de grăsime corporală au implicații importante pentru funcția de reproducere și că, atunci când grăsimea corporală scade sub un nivel critic, funcțiile de reproducere sunt oprite.48, 49, 50 Persoanele obeze care intră în foamete ar atinge, în teorie, acest prag pentru o condiție reproductivă susținută mai târziu și, în consecință, ar păstra fecunditatea pentru mai mult timp. Dovezile că foametea are efecte profunde asupra fecundității sunt mult mai puternice decât dovezile slabe privind efectele mortalității rezumate mai sus. De exemplu, figura 1b prezintă fecunditatea în timpul foametei „marelui salt înainte” din China pentru aceeași zonă ca și statisticile privind mortalitatea din figura 1a.33 Rata natalității înainte de foametea din 1956-1958 este în medie de aproximativ 36 de nașteri la 1 000 de persoane, dar în anii de foamete din 1959 și 1960 și în anul următor, 1961, aceasta scade la 21,0, 8,6 și, respectiv, 11,1 nașteri la 1 000 de persoane (cu o medie de numai aproximativ 13 nașteri la 1 000). Acest nivel de fecunditate este cu 60% mai mic decât cel de dinaintea foametei. Dacă această fecunditate ar fi fost înclinată către indivizi care înainte de foamete erau obezi, purtătorii obezi ai unei alele „A” economiști ar fi avut cu ușurință un avantaj selectiv suficient pentru răspândirea genelor economiști în cei 10 000 de ani de la începutul agriculturii (k=0,15-0,21).
Există însă o problemă cu acest calcul. În urma foametei, rata natalității nu revine la rata de 36 de nașteri pe an de dinaintea foametei, ci, dimpotrivă, sare până la aproximativ 50 de nașteri pe an, iar această rată ridicată se menține cel puțin pentru cei 4 ani în care sunt raportate înregistrări de către St Clair et al.33 Acest efect de revenire după foamete compensează complet fecunditatea redusă din timpul anilor de foamete. Dacă se ia în considerare o fereastră de fecunditate medie, care acoperă perioada de foamete și anii imediat după foamete, efectul rezultat al foametei asupra fecundității este practic zero. În cazul foametei de la WuHu (figura 1b), fecunditatea medie între 1956 și 1958 a fost de 35,6 nașteri pe an la 1000 de persoane, iar între 1959 și 1965 a fost de 34,8 (t=0,1, P=0,92). Aceasta ar putea fi o incidență izolată în care schimbările de fond ale stilului de viață al populației au condus la rate de natalitate ridicate de-a lungul timpului, dar studiile privind mai multe foamete diferite relevă efecte similare. De exemplu, ratele de recrutare în armata olandeză a bărbaților în vârstă de 18 ani proveniți din familii cu ocupații manuale în armata olandeză, la 18 ani după foametea olandeză de iarnă din 1944-1945 (figura 2), arată o scădere a recrutării, care ar corespunde unei scăderi a concepțiilor în timpul foametei, urmată de o creștere a recrutării corespunzătoare perioadei imediat următoare foametei.51 Aceste schimbări nu au fost observate în zonele adiacente ale țării care nu au fost supuse foametei (figura 2). Efectul net al foametei, luând în considerare nu numai scăderea fecundității în timpul foametei, ci și redresarea de după foamete, este din nou practic zero. Diferențele mici în fecunditatea generală, chiar dacă acestea sunt înclinate spre persoanele obeze, sunt insuficiente pentru a salva ipoteza genei economiatoare.
Numărul celor încorporați în armata olandeză la vârsta de 18 ani în funcție de luna nașterii, dintr-o zonă expusă la foametea olandeză de iarnă (cercuri umplute) și dintr-o zonă ferită de foamete (cercuri deschise). Foametea indicată de bară a început în noiembrie 1944 și a durat până în mai 1945. Date interpolate din graficele din Stein.51
Există alte câteva probleme legate de argumentul fecundității. Dovezile sugerează că stimulul care cauzează oprirea sistemului reproducător nu este de fapt nivelul absolut al grăsimii corporale, ci experiența imediată a dezechilibrului energetic și a stării de oxidare a combustibilului intracelular.52, 53 Prin urmare, infertilitatea de foamete afectează probabil la fel de mult persoanele obeze ca și persoanele slabe, deoarece ambele sunt expuse la un dezechilibru energetic negativ sever. Mai mult, scăderile activității de reproducere vor reflecta, de asemenea, în parte, schimbarea condițiilor sociale. De exemplu, cuplurile sunt frecvent separate pentru perioade îndelungate în timpul foametei, deoarece unul dintre parteneri pleacă în căutare de hrană. Ar fi puțin probabil ca acești factori sociali să fie distorsionați în ceea ce privește condiția corporală. În plus, dovezile sugerează că obezitatea are efecte negative asupra performanțelor de reproducere atât la modelele animale54 , cât și la oameni.55, 56, 57, 58 Chiar dacă ar exista o distorsiune a fecundității în favoarea indivizilor obezi în timpul foametelor, aceasta ar fi probabil compensată de efectele dăunătoare ale obezității între foamete, care se întind pe perioade mult mai lungi.
Să considerăm însă că mă înșel. Să ne imaginăm că foametele au cauzat selecția genelor economi și că interpretările mele privind nivelurile și modelele mortalității și fecundității cauzate de foamete sunt eronate. Cum am putea testa această idee în mod direct? Cel mai simplu mod de a testa ipoteza „genei economi” este de a examina nivelurile de obezitate în rândul populațiilor în perioadele dintre foamete. Dacă a existat o selecție pentru „genele economiatoare”, atunci o populație purtătoare a acestor gene trebuie să devină obeză între foamete. În cazul în care nu prezintă un fenotip obez, atunci este imposibil de văzut cum ar putea obține un avantaj din genotipul lor economic. Avantajul de a avea genele thrifty în toate formulările ipotezei publicate până în prezent este că indivizii între foamete se îngrașă.
Am rezumat anterior câteva date privind starea corporală a comunităților moderne de vânători-culegători și de agricultori de subzistență (de exemplu, referințele59, 60, 60, 61, 62, 63), arătând că între foamete acești oameni nu se îngrașă22, 23 Cu toate acestea, s-ar putea argumenta că acestea sunt populațiile nepotrivite de investigat, deoarece aceste societăți nu au dezvoltat niciodată o agricultură organizată și, prin urmare, nu au fost niciodată expuse la „foamete reală” sensu.17 Absența unei creșteri a grăsimii la aceste populații ar putea, de fapt, să susțină, prin urmare, o interpretare conform căreia foametea și selecția genelor economisitoare a avut loc în ultimii 12 000 de ani numai în societățile care au dezvoltat agricultura. Cu toate acestea, dacă se examinează nivelurile istorice de obezitate (înainte de epidemia recentă) în societățile care au dezvoltat agricultura, în perioadele dintre foamete, se constată același model. De exemplu, în Statele Unite, la sfârșitul anilor 1890, nivelurile de obezitate se situau doar în jurul valorii de 3 %64 , însă aceste populații nu au cunoscut o foamete din 1816, timp suficient pentru ca acei indivizi care exprimă un genotip econom ca să își utilizeze genele pentru a depune un stoc de grăsime considerabil.
.