Our ancestors developed the ability to transform the environment in their favor hundreds of thousands of years ago. This characteristic is not exclusive to the genus Homo, but their transformation of nature was incomparably superior to that accomplished by other animals, which are only able to take advantage of their environment by consuming resources or applying very simple tools. Human mental capacity made it possible to imagine, before putting into practice, new ways of profiting from nature. The practical intelligence for exploitation of the environment surely evolved in parallel to language, the tool for knowledge transmission, and to human sociality, promoting cooperation among members of the group (1).
We have frequently adapted the nature to us by radically modifying it, but our species also changed since it left the African savannas, our common place of origin. We have continued evolving in order to adapt.
The human population has grown exponentially since at least 30,000 years ago. Genetic theory tells us that the more individuals a population has, the more mutations will appear. In the last 40,000 years, the speed of human genetic evolution has increased, and over the past 10 millennia, skeletal and dental changes have accumulated, as well as changes in response to diet and disease. Since 5,000 years ago, the changes in our genes seem to be about one hundred times faster than at any time since the separation of hominins and chimpanzees (2,3). In addition, humans have been adapting to very different ecological places. Many cultural practices appeared and evolved as influenced by different environments. Our species changes constantly, both genetically and culturally.
A recent example of genetic change involves the gene TKY2 that determines susceptibility to tuberculosis, the worst plague that our species has suffered. Tuberculosis has caused the death of at least 1.0 billion individuals since it appeared 2,000 years ago, and it still kills a 1.5 million people every year. One of the gene’s variants, called P1104A, appeared in our species about 30,000 years ago, and when it is present in both chromosomes it causes greater susceptibility to Mycobacterium, the tuberculosis agent. The frequency of this genetic variant decreased in Europe from an initial 10% of the population to less than 3% currently as a result of increased mortality (4).
Mycobacterium tuberculosis
The Denisovan variant of EPAS1 gene, mentioned in a previous post on the hominins, which is frequent in the modern inhabitants of Tibet, is another example of the result of adaptation to nature, in this case to altitude (5).
Tibetan Buddhists posing in front of Lake Ximencuo on the Tibetan Plateau /
Budistas tibetanos posando frente al lago Ximencuo en la meseta tibetana.
All our most primitive ancestors had dark skin, hair, and eyes. Then came the mutations HERC2 (9,000 years ago), MC1R, and SLC24A5 that gave rise, respectively, to blue eyes, red hair, and light skin. Ninety-five percent of people from European ancestry present fair skin today (6). While dark skin protects better from possible mutations caused by the sun's ultraviolet rays, fair skin favors more the synthesis of vitamin D that is necessary in multiple biological functions. The relationship of skin color with the level of insolation of the environment inhabited by prehistoric humans seems very evident.
Another mutation with geographic association affects the protein α-actinin-3 (ACTN3). When this mutation is present in both chromosomes, causing the absence of this protein, this results in a greater tolerance to low temperatures and favors adaptation to cold climates. Currently 1.5 billion people in the world lack the protein, the absence of which became more frequent after the departure of our species from Africa to colder places (7).
The ability to digest milk by adults is a recent genetic acquisition. Previously, this capacity disappeared after the age of four, causing vomiting and diarrhea after consuming milk or its derivatives. A first mutation allowing easier digestion of milk after the age of four appeared in what is now Ukraine about 6,000 years ago (8). Three more mutations originated in Africa (9). The spread of all these mutations are indicative of the great evolutionary advantage granted by the capacity to profit from milk as an easily obtainable source of energy. The impact of milk on our species is such that its name was used for the galaxy we inhabit—the Milky Way. In a very short time, a majority of our species inherited these mutations. Milk is a good example of how a culturally developed characteristic, such as animal breeding, can lead to genetic evolution in a case of cultural and genetic coevolution (9). These genes possibly were present in the population before the appearance of farming, but they became more frequent after the establishment of this new cultural practice.
The Rising Milky Way over Uluru, Australia /
La Vía Láctea ascendente sobre Uluru, Australia
(dedicated to my followers and friends in the antipodes)
Members of the Filipino Bajau tribe are known as “Sea Nomads.” Bajau individuals are peculiar hunters and gatherers because they live on fish they have captured while diving. They are capable to hold their breath for up to 13 minutes. They can reach depths of 70 meters during their long and repeated dives. In this group multiple candidate genes have been identified that may facilitate their practice, demonstrating another clear example of possible biological and cultural coevolution, since diving is another culturally acquired practice (10). A new gene enhancing survival and reproduction can become the most frequent in a population just after very few generations, even if the advantage is limited.
More about recent evolution in future posts.
Bajau Village / Pueblo Bajau
Versión en español:
Nuestros antepasados desarrollaron la capacidad de transformar el medio ambiente a su favor hace cientos de miles de años. Esta característica no es exclusiva del género Homo, pero su transformación de la naturaleza fue incomparablemente superior a la lograda por otros animales, que sólo son capaces de aprovechar su entorno consumiendo recursos o aplicando herramientas muy simples. La capacidad mental humana permitió imaginar, antes de poner en práctica, nuevas formas de sacar provecho de la naturaleza. La inteligencia práctica para la explotación del medio ambiente seguramente evolucionó en paralelo al lenguaje, la herramienta para la transmisión del conocimiento, y a la sociabilidad humana, promoviendo la cooperación entre los miembros del grupo (1).
Como especie, hemos adaptado la naturaleza a nosotros modificándola radicalmente, pero nuestra especie también cambió desde que salió de las sabanas africanas, nuestro lugar común de origen. Hemos seguido evolucionando para adaptarnos.
La población humana ha crecido exponencialmente desde hace al menos 30.000 años. La teoría genética nos dice que cuantos más individuos tenga una población, más mutaciones aparecerán. En los últimos 40.000 años, la velocidad de la evolución genética humana ha aumentado, y en los últimos 10 milenios, se han acumulado cambios esqueléticos y dentales, así como cambios en respuesta a la dieta y la enfermedad. Desde hace 5.000 años, los cambios en nuestros genes parecen ser unas cien veces más rápidos que en cualquier otro momento desde la separación de homíninos y chimpancés (2,3). Además, los humanos se han ido adaptando a lugares ecológicamente muy diferentes. Muchas prácticas culturales aparecieron y evolucionaron influenciadas por diferentes entornos. Nuestra especie cambia constantemente, tanto genética como culturalmente.
Un ejemplo reciente de cambio genético involucra el gen TKY2 que determina la susceptibilidad a la tuberculosis, la peor plaga que ha sufrido nuestra especie. La tuberculosis ha causado la muerte de al menos 1.000 millones de personas desde que apareció hace 2.000 años, y todavía mata a 1,5 millones de personas cada año. Una de las variantes del gen, llamada P1104A, apareció en nuestra especie hace unos 30.000 años, y cuando está presente en ambos cromosomas causa una mayor susceptibilidad a Mycobacterium, el agente de la tuberculosis. La frecuencia de esta variante genética disminuyó en Europa de un 10% inicial de la población a menos del 3% en la actualidad como resultado del aumento de la mortalidad (4).
La variante denisovana del gen EPAS1, mencionada en un post anterior sobre los homíninos, que es frecuente en los habitantes modernos del Tíbet, es otro ejemplo del resultado de la adaptación a la naturaleza, en este caso a la altitud (5).
Todos nuestros más primitivos antepasados tenían piel, cabello y ojos oscuros. Luego vinieron las mutaciones HERC2 (hace 9.000 años), MC1R y SLC24A5 que dieron lugar, respectivamente, a ojos azules, cabello rojo y piel clara. El noventa y cinco por ciento de las personas de ascendencia europea presentan piel clara hoy (6). Mientras que la piel oscura protege mejor de posibles mutaciones causadas por los rayos ultravioleta del sol, la piel clara favorece más la síntesis de vitamina D que es necesaria en múltiples funciones biológicas. La relación del color de la piel con el nivel de insolación del ambiente habitado por los humanos prehistóricos parece muy evidente.
Otra mutación con asociación geográfica afecta a la proteína α-actinina-3 (ACTN3). Cuando esta mutación está presente en ambos cromosomas, provocando la ausencia de esta proteína, esto se traduce en una mayor tolerancia a bajas temperaturas y favorece la adaptación a climas fríos. Actualmente, 1.500 millones de personas en el mundo carecen de la proteína, cuya ausencia se hizo más frecuente después de la salida de nuestra especie de África hacia lugares más fríos (7).
La capacidad de digerir la leche por parte de los adultos es una adquisición genética reciente. Anteriormente, esta capacidad desaparecía a partir de los cuatro años, provocando vómitos y diarrea tras consumir leche o sus derivados. Una primera mutación que permite una digestión más fácil de la leche después de los cuatro años apareció en lo que hoy es Ucrania hace unos 6.000 años (8). Tres mutaciones más se originaron en África (9). La propagación de todas estas mutaciones es indicativa de la gran ventaja evolutiva otorgada por la capacidad de beneficiarse de la leche como fuente de energía fácilmente obtenible. El impacto de la leche en nuestra especie es tal que su nombre se usó para la galaxia que habitamos: la Vía Láctea. En muy poco tiempo, la mayoría de nuestra especie heredó estas mutaciones. La leche es un buen ejemplo de cómo una característica culturalmente desarrollada, como la cría de animales, puede conducir a la evolución genética en un caso de coevolución cultural y genética (9). Estos genes posiblemente estaban presentes en la población antes de la aparición de la agricultura, pero se hicieron más frecuentes después del establecimiento de esta nueva práctica cultural.
Los miembros de la tribu filipina Bajau son conocidos como "Nómadas del Mar". Los individuos Bajau son cazadores y recolectores peculiares porque viven de peces que capturan mientras bucean. Son capaces de contener la respiración hasta 13 minutos. Pueden alcanzar profundidades de 70 metros durante sus largas y repetidas inmersiones. En este grupo se han identificado múltiples genes candidatos que pueden facilitar su práctica, demostrando otro claro ejemplo de posible coevolución biológica y cultural, ya que el buceo es otra práctica adquirida culturalmente (10). Un nuevo gen que mejora la supervivencia y la reproducción puede convertirse en el más frecuente en una población justo después de muy pocas generaciones, incluso si la ventaja es limitada.
Más sobre la evolución reciente en futuras publicaciones.
Images / Imágenes:
Mycobacterium tuberculosis. NIAID on Flickr. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mycobacterium_tuberculosis_MEB_(1).jpg. Public domain, via Wikimedia Commons.
Tibetan Buddhists posing in front of Lake Ximencuo on the Tibetan Plateau / Budistas tibetanos posando frente al lago Ximencuo en la meseta tibetana. Author / Autor: Tenace10. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Local_Tibetan_Buddhists_on_the_Tibetan_Plateau.jpg. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons.
The Rising Milky Way over Uluru / La Vía Láctea ascendente sobre Uluru. Author / Autor: Eddie Yip. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Rising_Milky_Way_over_Uluru.jpg. CC BY-SA 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0>, via Wikimedia Commons.
Bajau Village / Pueblo Bajau. Author / Autor: Travelbusy.com. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bajau-Philippines_4.jpg. CC BY 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/2.0>, via Wikimedia Commons.
References / Referencias:
1. Steven Pinker. The Blank Slate. The Modern Denial of Human Nature. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2002.
2. John Hawks et al. Recent acceleration of human adaptive evolution. PNAS December 26, 2007 104 (52) 20753-20758; 10.1073/pnas.0707650104.
3. Peter Ward and Joseph Kirschvink. A New History of Life: The Radical New Discoveries About the Origins and Evolution of Life on Earth. 2015.
4. Gaspard Kerner et al. Human ancient DNA analyses reveal the high burden of tuberculosis in Europeans over the last 2,000 years. 108 (3): 517-524, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.02.009.
5. Matthew Warren. Biggest Denisovan fossil yet spills ancient human’s secrets. Nature 569, 16-17 (2019). https://doi.org/10.1038/d41586-019-01395-0.
6. John Hawks. Still Evolving After All These Years. Scientific American, 25(4): 100-105, 2016.
7. Victoria L. Wyckelsma et al. Loss of α-actinin-3 during human evolution provides superior cold resilience and muscle heat generation. American Journal of Human Genetics. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.01.013.
8. Segurel L, Guarino-Vignon P, Marchi N, Lafosse S, Laurent R, Bon C, et al. (2020) Why and when was lactase persistence selected for? Insights from Central Asian herders and ancient DNA. PLoS Biol 18(6): e3000742. https://doi.org/ 10.1371/journal.pbio.3000742.
9. Edward O. Wilson. The Social Conquest of Earth. Liveright Publishing Corporation, New York, 2012.
10. Melissa A. Ilardo, Ida Moltke, Thorfinn S. Korneliussen et al. Physiological and Genetic Adaptations to Diving in Sea Nomads. Cell 173, 569–580, 2018. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.03.054.
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