Cómo digerir la leche: una cuestión de evolución

Todas las gentes que viven en la tierra pertenecen a uno de dos grupos, entre los que existe una diferencia importante. Una diferencia invisible, pero que afecta sus vidas de manera profunda. Esta diferencia, mal entendida por muchos, ha creado, y todavía está creando, gran malestar y dolencias… Y todo esto a causa de una substancia blanca, líquida, que para una parte de la población humana es un alimento clave, y para los demás, un veneno. Este líquido no es nada más, ni nada menos, que la leche.

Puede parecer extraño para quienes viven en (el norte de) Europa o Norteamérica, pero a nivel mundial una mayoría de los adultos no puede digerir la leche fresca. La leche les puede causar flatulencia, vómito, calambres intestinales y diarrea. Los bebés sí tienen prácticamente todos la capacidad de digerir la leche, que es su primer alimento, y así también los mamíferos recién nacidos, pero los adultos generalmente pierden esta capacidad, con la notable excepción de ciertas poblaciones humanas. Veamos qué está pasando.

Lactosa y lactasa

El compuesto químico que causa los problemas en la digestión de la leche, es la lactosa, el principal carbohidrato (azúcar) en la leche de los mamíferos. La leche materna humana consiste por aproximadamente 7% (en volumen) de lactosa. La leche de otros mamíferos contiene generalmente un poco menos lactosa: típicamente alrededor de 4-5%. La lactosa es una importante fuente de energía para los recién nacidos, conjuntamente a la grasa en la misma leche. La lactosa es un disacárido, o sea un azúcar doble, compuesto por dos azúcares simples: glucosa y galactosa. El intestino de los mamíferos es perfectamente capaz de absorber la glucosa y la galactosa por separado, y así aprovechar de esta fuente de energía. Sin embargo, la combinación de los dos, o sea la lactosa, no la puede absorber: la membrana del intestino no es capaz de dejar pasar esta molécula más grande[i].

Para que la lactosa pueda ser absorbida, los mamíferos recién nacidos disponen de una enzima denominada lactasa, cuyo nombre ya indica que actúa sobre la lactosa. La lactasa permite la conversión de la lactosa en sus componentes glucosa y galactosa. Sin la presencia de lactasa, el cuerpo no es capaz de procesar la lactosa, y cualquier molécula de lactosa que entre en el intestino pasa sin cambios al colon, donde bacterias la convierten en gases (incluyendo dióxido de carbono e hidrógeno) y ácidos, que causan las molestias arriba descritas: flatulencia, diarrea etcétera[ii].

En todos los mamíferos el cuerpo pierde, después de la infancia, la capacidad de producir lactasa, de manera que ya no es capaz de digerir lactosa (esta condición se llama “intolerancia a la lactosa”). ¿Todos los mamíferos? No, una pequeña proporción de humanos mantuvo la capacidad de producir lactasa, o sea persistencia de lactasa. ¿Qué les pasó?

Una simple mutación genética

Desde el punto de vista genético, lo que les pasó a las personas adultas que ostentan persistencia de lactasa, es que su material genético contiene alguna mutación en el gen que es responsable de la regulación de la elaboración de la lactasa, de manera que no funciona el interruptor genético que debería apagar la producción de lactasa. Este interruptor se mantiene en posición de “encendido”. Se ha identificado varias variantes genéticas (alelos) que resultan en esto; la más estudiada es una variante, común en Europa, causada por una simple mutación de C a T en el gen MCM6, ubicado cerca del gen que codifica la lactasa[iii]. En otras poblaciones con alta tolerancia a la lactosa, tales como los Fulani y otras en África centro-oriental, las mutaciones responsables son distintas[iv]. Falta por determinar cuáles otras mutaciones genéticas pueden causar tal tolerancia[v].

A nivel mundial, sólo una minoría de la población humana tiene tales variantes. En ciertas regiones, sin embargo, la tienen casi todos. Mientras que en la China, el sureste asiático y Suráfrica menos de 20% de la población tolera la lactosa, en el norte de Europa más del 90% la tolera y, por ejemplo, en España un 85%. También es muy alta la tolerancia a la lactosa en otras poblaciones pastorales, fuera de Europa, en las que se aprovecha la leche: en los Tutsi (África central) alcanza valores de más de 90%, y en Arabia Saudita unos 86% [vi].

Además de la variación actual de la tolerancia a la lactasa, se ha podido estudiar el material genético de restos humanos de épocas pasadas. Se determinó que en el norte de Europa la tolerancia a la lactosa es de fecha relativamente reciente: si ahora la gran mayoría de los suecos tienen la variante genética en el gen MCM6 arriba mencionada, ninguno de un grupo de 14 individuos del Neolítico Medio (2600-2000 años a.C.) de la isla sueca de Gotland la tenían[vii]. En Europa central y oriental, ninguno de unos veinte individuos estudiados, que vivían entre 5840 y 800 años a.C., tenía la variante[viii]. Al parecer, la propagación por Europa de la tolerancia a la lactosa no fue muy rápida. Pero parece que en la Edad Media se había alcanzado, por lo menos en Alemania alrededor del año 1200, niveles de tolerancia a la lactosa parecidos a la actual, o sea, de más de 70% de la población[ix].

Gracias a los avances en la genética se ha podido determinar cuándo pudo haber empezado a propagarse la variante genética en cuestión. Un estudio de microsatélites (secuencias repetitivas dentro del ADN) relacionados a esta variante reveló que la propagación de la misma probablemente ocurrió hace entre 12.500 y 7500 años; la mutación en sí se dio antes, en un lugar indeterminado, pero empezó a extenderse en la población sólo durante el intervalo indicado[x].

En otro estudio se pudo modelar dónde apareció la variante en cuestión. Parece que la variante empezó a propagarse, alrededor de 5500 a.C., en una región entre los Balcanes y Europa central. La población en esta parte de Europa fue la primera en volverse (en su mayoría) tolerante a la lactosa. Después siguió la población en otras partes de Europa, incluyendo el norte. Esta expansión de la tolerancia a la lactosa se debió al parecer a una expansión demográfica, o sea que ocurrió una migración de los portadores de la variante genética desde los Balcanes hacia el norte, donde reemplazaron a (y se mezclaron con) la población original, que no era tolerante a la lactosa[xi]. También hubo migraciones, más pequeñas, en otras direcciones, incluyendo hacia la India, donde ahora se consumen grandes cantidades de lácteos[xii]. Las evidencias más antiguas que tenemos del consumo de leche datan de unos 3000 años a.C.: en el cálculo dental de algunos individuos de esa época, de Hungría y Rusia, se encontraron restos de β-lactoglobulina, una proteína que se encuentra en la leche[xiii].

Obviamente la variante genética proporcionó a sus portadores una ventaja tan grande que por selección natural (o sea, teniendo más hijos que los no portadores de la variante) se multiplicaron más que los que no tenían la variante. Y la población, una vez compuesta en gran parte por individuos tolerantes a la lactosa, tuvo una ventaja en comparación con poblaciones carentes de esta tolerancia. ¿Cuál era, entonces, la razón de esta ventaja?

Blog 1710XX - Leche & evolución - cerámica LBK

Sociedades lecheras

No es una coincidencia que las poblaciones con una alta tolerancia a la lactosa se caracterizan por tener una importante producción láctea. Algunas son pastorales, otras agrícolas, pero tienen en común la presencia de ganado – sean ovejas, vacas, renos, búfalos, caballos o camellos – con una producción de leche de utilidad para el hombre. Las sociedades con baja tolerancia a la lactosa son aquellas que bien sea no tienen ganado, bien sea lo tienen pero para la producción de carne, no de leche. En el caso de la prehistoria europea, los individuos cuyos restos mostraron la ausencia de la variante, pertenecían en su mayoría a poblaciones de cazadores-recolectores, que no tienen ganado.

El lugar donde se piensa que puede haber originado la variante genética que permitió la tolerancia a la lactosa, ubicado entre los Balcanes y Centro-Europa, es también la cuna de una importante cultura de la prehistoria europea: la cultura de la cerámica de bandas (en alemán: Linearbandkeramik, LBK). Esta cultura debe su nombre a los objetos cerámicos que producía: tazas, cuencos, vasijas y jarras de confección sencilla, sin asas, decoradas con líneas curvas y rectas incisas en bandas (ver figura). La LBK, cuyo apogeo data de entre 5500 y 4500 años a.C., es considerada la primera cultura neolítica en Europa, o sea, la primera cultura agrícola. Aparte de cultivar ciertos tipos de granos y leguminosas, importaron desde el Oriente Cercano los primeros animales domésticos, tales como ganado bovino, ovejas y cabras[xiv]. Restos de grasas de origen animal, probablemente de leche, hallados en recipientes de cerámica del Neolítico provenientes de Europa centro-oriental (datados entre 5900 y 5400 a.C., y alrededor de 3380 a.C.), indican que estas primeras poblaciones ganaderas ya eran lecheras[xv].

No es de extrañarse, entonces, que los individuos de la LBK hayan sido los primeros, en Europa por lo menos, en desarrollar una tolerancia a la lactosa. Esta debe haberles proporcionado algunas ventajas importantes. No se sabe con seguridad cuáles pueden haber sido, pero se están barajando varias hipótesis que suenan creíbles[xvi]:

  • La leche era (y es) un alimento rico en calorías y proteínas, que enriquece la dieta de manera importante.
  • La leche, siendo una fuente importante no sólo de calcio sino también de vitamina D (que el cuerpo requiere para poder absorber el calcio), es un alimento clave para el crecimiento, especialmente en los países nórdicos donde, durante buena parte del año, no hay suficiente luz para que la piel pueda sintetizar la cantidad de vitamina D que necesita el cuerpo. (Esta hipótesis suena muy razonable, pero no explica por qué hay una alta tolerancia a la lactosa también en el sur de Europa, donde la luminosidad es alta[xvii].)
  • La leche está disponible durante todo el año, a diferencia de aquellos alimentos (por ejemplo granos, frutos y hortalizas) que sólo se encuentran por temporadas.
  • La leche fresca se puede beber con más seguridad que el agua de superficie, que puede estar contaminada.

Es de suponer que una combinación de estos factores les brindó a las personas tolerantes a la lactosa una ventaja importante ante los que no lo eran. Por un lado, les permitió vivir más tiempo y en mejor salud, de manera que podían tener más hijos, y por otro, los hijos eran más sanos y mejor nutridos, de manera que la tasa de mortalidad infantil era relativamente baja. Por ende, la proporción de personas tolerantes a la lactosa en la población pudo aumentar rápidamente, en pocas generaciones.

Esto es un buen ejemplo de selección natural positiva: o sea, una mutación genética da origen a un rasgo (en este caso la tolerancia a la lactosa) que le proporciona al individuo portador de la mutación una ventaja tal que sus descendientes se multiplican más rápidamente que los de los individuos no portadores de la mutación[xviii].

Coevolución

Ahora viene la pregunta de la gallina y el huevo: ¿qué apareció primero: la tolerancia a la lactosa o la producción de leche? Son dos las posibilidades. La primera es que la tolerancia a la lactosa apareció y se expandió en poblaciones que ya eran lecheras, y que justamente se pudo propagar gracias a las ventajas que la tolerancia a la lactosa proporciona a los individuos; esta hipótesis se llama la “histórico-cultural”. La otra hipótesis, llamada la de la “causa inversa”, dice que fue la aparición de esta tolerancia lo que permitió a sus portadores dedicarse a la ganadería lechera. La observación que los primeros pueblos ganaderos en Europa no eran tolerantes a la lactosa, sin embargo, indica que la primera hipótesis, la histórico-cultural, parece ser la correcta: primero se introdujo la ganadería – un fenómeno cultural –, y sólo después empezó a desarrollarse la tolerancia a la lactosa[xix].

Esta conclusión nos lleva a la pregunta qué hacían los primeros ganaderos, que todavía no eran tolerantes a la lactosa, con la leche. Bueno, la aprovecharon, pero no en su forma original, sino procesada: en la forma de queso, kéfir, yogur etcétera. Procesada, la leche es mucho más digerible, aun para los que no toleran la lactosa. De hecho, restos de lácteos en recipientes de cerámica provenientes de las primeras sociedades ganaderas muestran que comúnmente se procesaba la leche – por un lado, para poder ser conservada más tiempo, pero por otro, para evitar reacciones de intolerancia[xx].

Cabe destacar que las sociedades lecheras consideraron el consumo de leche por adultos como algo positivo, no solamente como un mal necesario. El antropólogo biológico estadounidense William Durham[xxi] (1949-) muestra como en los mitos de dos antiguas sociedades lecheras, la nórdica y celta, tanto dioses como héroes comúnmente beben leche, mientras en dos sociedades orientales antiguas, la iraní y la india, los mitos no hacen ninguna referencia a la leche. Esto refleja la relevancia cultural de la leche en las culturas lecheras.

Obviamente, el desarrollo de la tolerancia a la lactosa está relacionada a la aparición de la ganadería (evolución cultural): sin la ganadería lechera, la tolerancia a la lactosa nunca se hubiera propagado tanto como lo ha hecho. Durham llama esta relación entre la evolución biológica y la evolución cultural (la ganadería) coevolución, refiriéndose a una interacción entre evolución biológica (por selección natural) y evolución cultural (por selección cultural). Este fenómeno, limitado – que sepamos – al género humano, permite una adaptación rápida al entorno, ya que los genes y la cultura cooperan en la evolución humana[xxii]. De la coevolución hemos hablado con más detalle en el post anterior.

Implicaciones y aplicaciones

El caso de la tolerancia a la lactosa nos permite hacer algunas observaciones.

Primero, este es un buen ejemplo de coevolución genética y cultural. Condiciones culturales a veces propician la propagación en una población de mutaciones genéticas que resultan en una mejor adaptación. Hay otros ejemplos de coevolución, algunos de los cuales se mencionaron en el post anterior.

Segundo, la tolerancia a la lactosa es un ejemplo claro de selección natural positiva. También existe la selección natural negativa (la desaparición de mutaciones que dan origen a un rasgo que reduce la capacidad de un individuo para procrearse) y la neutra (mutaciones que, cada una por separado, no influyen en la adaptación de un individuo, pero que, tomadas en su conjunto, sí pueden influirla). Además de la selección natural, hay evolución por deriva genética (genetic drift), o sea al azar. Este último mecanismo puede haber sido una importante causa de la evolución humana, cuando las poblaciones todavía eran pequeñas. Sin embargo, hay algunos ejemplos contundentes, entre los cuales la tolerancia a la lactosa, de que la selección natural positiva es un mecanismo importante para la evolución humana.

Tercero, este es un ejemplo de evolución reciente. No se ha parado la evolución biológica humana: sigue en acción, aunque ahora en conjunto con la evolución cultural.

Conclusión

Así concluye este relato de la (in)tolerancia a la lactosa – un breve recorrido por el mundo de la salud, la genética, la cultura y la arqueología. No todos somos tolerantes a la lactosa, y es importante no obligar beber leche a los que no la pueden digerir. Por eso hay médicos que aconsejan a los adultos consumir yogur en lugar de leche, ya que el yogur es más digerible. Otra implicación importante es la siguiente: no es verdad que todos los gatos beben leche. No intentéis darle leche a un gato adulto. Los gatos adultos, así como los demás mamíferos adultos aparte del hombre, no toleran la lactosa.

 

Este post es una versión actualizada de un post que publiqué en mi blog, ahora cerrado, “Los tiempos del cambio”.

Nota: la imagen en el encabezado del post muestra una mujer ordeñando un camello, en Mongolia. Fuente: https://journals.worldnomads.com/mongolianlife/photo/39163/933880/Mongolia/Woman-milking-camel.

[i]     Ver por ejemplo: http://es.wikipedia.org/wiki/Lactosa.

[ii]    Ver por ejemplo: http://es.wikipedia.org/wiki/Lactasa, y Heyman, M.B., for the Committee on Nutrition, 2006. Lactose intolerance in infants, children, and adolescents. Pediatrics, 118, 1279-1286.  http://www.pediatrics.org/cgi/content/full/118/3/1279.

[iii]   Enattah, N.S., Sahi, T., Savilahti, E., Terwilliger, J.D., Peltonen, L. y Järvelä, I., 2002. Identification of a variant associated with adult-type hypolactasia. Nature Genetics, 30, 233-237. www.nature.com/ng/journal/v30/n2/abs/ng826.html.  Hollox, E.J. y otros, 2001. Lactase haplotype diversity in the Old World. American Journal of Human Genetics, 68, 160–172. www.cell.com/ajhg/pdf/S0002-9297(07)62481-1.pdf.

[iv]   Ranciaro, A. y otros, 2014. Genetic origins of lactase persistence and the spread of pastoralism in Africa. American Journal of Human Genetics, 94, 496-510. www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002929714000676.  Tishkoff, S.A. y otros, 2006. Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe. Nature Genetics, 39, 31-40. www.nature.com/ng/journal/v39/n1/abs/ng1946.html.

[v]    Itan, Y., Jones, B.L., Ingram, C.J.E., Swallow, D.M. y Thomas, M., 2010. A worldwide correlation of lactase persistence phenotype and genotypes. BMC Evolutionary Biology, 10, 36. www.biomedcentral.com.

[vi]   Durham, W.H., 1991. Coevolution. Genes, culture and human diversity; Capítulo 5. Stanford University Press.  Itan y otros, 2010. Ver nota 5.

[vii] Malmström, H., Linderholm, A., Lidén, K., Storå, J., Molnar, P., Holmlund, G., Jakobsson, M. y Götherström, A., 2010. High frequency of lactose intolerance in a prehistoric hunter-gatherer population in northern Europe. BMC Evolutionary Biology, 10, 89. www.biomedcentral.com.

[viii] Burger, J., Kirchner, M., Bramanti, B., Haak, W. y Thomas, M.G., 2007. Absence of the lactase-persistence-associated allele in early Neolithic Europeans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (10), 3736-3741. www.pnas.org.  Gamba, C. y otros, 2014. Genome flux and stasis in a five millennium transect of European history. Nature Communications, 5, 5257. www.nature.com/articles/ncomms6257.

[ix]   Krüttli, A., Bouwman, A., Akgül, G., Della Casa, P., Rühli, F. y Warinner, C., 2014. Ancient DNA analysis reveals high frequency of European lactase persistence allele (T-13910) in medieval Central Europe. PLOS ONE, 9 (1), e86251. http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0086251.

[x]    Coelho, M., Luiselli, D., Bertorelle, G., Lopes, A.I., Seixas, S., Destro-Bisol, G. y Rocha, J., 2005. Microsatellite variation and evolution of human lactase persistence. Human Genetics, 117, 329-339.

[xi]   Itan, Y., Powell, A., Beaumont, M.A., Burger, J. y Thomas, M.G., 2009. The origins of lactase persistence in Europe. PLoS Computational Biology, 5, 8, e1000491. www.ploscompbiol.org.

[xii] Gallego Romero, I. y otros, 2012. Herders of Indian and European cattle share their predominant allele for lactase persistence. Molecular Biology and Evolution, 29 (1), 249-260. https://academic.oup.com/mbe/article/29/1/249/1749245/Herders-of-Indian-and-European-Cattle-Share-Their.

[xiii] Warinner, C. y otros, 2014. Direct evidence of milk consumption from ancient human dental calculus. Scientific Reports, 4, 7104. www.nature.com/articles/srep07104.

[xiv] Ver, por ejemplo, http://es.wikipedia.org/wiki/Cultura_de_la_cer%C3%A1mica_de_bandas y http://archaeology.about.com/od/lterms/qt/lbk.htm.

[xv] Craig, O.E., Chapman, J., Heron, C., Willis, L.H., Bartosiewicz, L., Taylor, G., Whittle, A. y Collins, M., 2005. Did the first farmers of central and eastern Europe produce dairy foods? Antiquity, 79 (306), 882-894. www.cambridge.org/core/journals/antiquity/article/did-the-first-farmers-of-central-and-eastern-europe-produce-dairy-foods/284138196CFD83FA06340C061EDF5F93.  Spangenberg, J.E., Jacomet, S. y Schibler, J., 2006. Chemical analyses of organic residues in archaeological pottery from Arbon Bleiche 3, Switzerland – evidence for dairying in the late Neolithic. Journal of Archaeological Science, 33 (1), 1-13. www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305440305001378.

[xvi] Itan y otros, 2009. Ver nota 11.

[xvii]          Sverrisdóttir, O.O. y otros, 2014. Direct estimates of natural selection in Iberia indicate calcium absorption was not the only driver of lactase persistence in Europe. Molecular Biology and Evolution, 31 (4), 975-983. https://academic.oup.com/mbe/article/31/4/975/1108992/Direct-Estimates-of-Natural-Selection-in-Iberia.

[xviii]         Coelho y otros, 2005. Ver nota 10.  Bersaglieri, T. y otros, 2004. Genetic signatures of strong recent positive selection at the lactase gene. American Journal of Human Genetics, 74, 1111-1120. www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(07)62838-9.

[xix] Burger y otros, 2007. Ver nota 8.

[xx] Evershed, R.P. y otros, 2008. Earliest date for milk use in the Near East and southeastern Europe linked to cattle herding. Nature, 455, 528-531. www.nature.com/nature/journal/v455/n7212/full/nature07180.html.

[xxi] Durham, 1991. Ver nota 6.

[xxii]          Durham, 1991, pág. 37-41. Ver nota 6. Cabe destacar que la cultura no siempre conlleva a una mejor adaptación. Ciertas prácticas culturales, por ejemplo el canibalismo, pueden reducir la adaptación en lugar de mejorarla.

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