Um stärkehaltige Nahrungsmittel wie Brot, Nudeln und Kartoffeln zu verstoffwechseln, nutzen wir das Enzym Amylase, das von der Bauchspeicheldrüse und den Speicheldrüsen im Mund produziert wird. Das Gen, das für die Produktion der Amylase im Speichel verantwortlich ist, hat sich im Laufe der Evolution vervielfacht, sodass heutige Menschen bis zu 17 Kopien pro diploider Zelle haben. „Frühere Studien legen nahe, dass die Kopienzahl des menschlichen Speichelamylase-Gens AMY1 mit einer stärkereichen Ernährung korreliert“, erklärt ein Team um Feyza Yılmaz vom Jackson Laboratory for Genomic Medicine in Farmington in Connecticut. „Angesichts seiner adaptiven und mutmaßlich funktionellen Rolle wurden Duplikationen des AMY1-Gens mit dem Aufkommen der Landwirtschaft vor etwa 10.000 Jahren in Verbindung gebracht.“
Vergleich mit Frühmenschen
Doch Yılmaz und ihr Team haben nun festgestellt, dass sich das AMY1-Gen schon viele Jahrtausende vorher erstmals dupliziert haben muss. Für ihre Analyse verglichen die Forschenden die Genome von 98 heutigen Menschen aus verschiedenen Kulturkreisen mit den Genomen von 68 Menschen, die vor bis zu 45.000 Jahren gelebt haben. Zusätzlich bezogen sie genomische Daten von archaischen Menschen wie Neandertalern und Denisova-Menschen ein. Während frühere Sequenzierungsmethoden, die jeweils nur kleine Bereiche der DNA am Stück erfassen, nur unzureichend zwischen verschiedenen Kopien eines Gens unterscheiden konnten, setzten Yılmaz und ihr Team auf die sogenannte Long-Read-Sequenzierung, die längere DNA-Abschnitte nutzt und dadurch genauere Einblicke in die Verdopplung von Genen ermöglicht.
Das Ergebnis: Bereits die Jäger und Sammler aus der Zeit vor dem Aufkommen der Landwirtschaft wiesen durchschnittlich vier bis acht AMY1-Kopien pro diploider Zelle auf. Sogar bei Neandertalern und Denisova-Menschen stellten die Forschenden Duplikationen des Amylase-Gens fest. „Das deutet darauf hin, dass sich das AMY1-Gen vor mehr als 800.000 Jahren zum ersten Mal dupliziert hat, lange bevor sich die Menschen von den Neandertalern abspalteten und viel weiter in der Vergangenheit als bisher angenommen“, sagt Yılmaz Kollege Kwondo Kim.
Evolutionärer Vorteil
Die ersten Vorbereitungen für eine stärkereiche Ernährung fanden demnach bereits zu einer Zeit statt, als Kohlenhydrate noch einen deutlich geringeren Anteil an der Ernährung unserer Vorfahren hatten. „Die ersten Duplikationen des Gens legten den Grundstein für eine signifikante Variation in der Amylase-Region, die es den Menschen ermöglichte, sich an eine veränderte Ernährung anzupassen, da der Stärkekonsum mit dem Aufkommen neuer Technologien und Lebensstile dramatisch anstieg“, erklärt Co-Autor Omer Gokcumen von der University at Buffalo.
