Эволюция грудного вскармливания
Эволюция грудного вскармливания
- Эволюция секреции молока и ее древние истоки - PubMed (nih.gov)
Лактация представляет собой важный элемент жизненных стратегий всех млекопитающих, будь то однопроходные, сумчатые или эутерийные. Молоко возникло как железистый кожный секрет в синапсидах, возможно, еще в пенсильванский период, то есть примерно 310 миллионов лет назад.
Ранние синапсиды откладывали яйца с пергаментоподобной скорлупой, нетерпимой к высыханию и, по-видимому, зависящей от железистого кожного секрета для получения влаги. Молочные железы, вероятно, развились из апокриноподобных желез, которые сочетали в себе несколько способов секреции и развивались в ассоциации с волосяными фолликулами.
Сравнительный анализ эволюционного происхождения компонентов молока подтверждает сценарий, согласно которому эти выделения эволюционировали в богатое питательными веществами молоко задолго до появления млекопитающих.
Различные антимикробные и секреторные компоненты были кооптированы в новые роли, связанные с питанием молодняка. Секреторные кальцийсвязывающие фосфопротеины, возможно, первоначально играли роль в доставке кальция в яйцеклетки; Однако, эволюционировав в крупные, сложные мицеллы казеина, они взяли на себя важную роль в транспортировке аминокислот, кальция и фосфора. Несколько белков, участвующих в иммунитете, в том числе предковый бутирофилин и ксантиноксидоредуктаза, были включены в новую мембраносвязанную липидную каплю (глобулу молочного жира), которая стала основным способом передачи энергии. Предковый с-лизоцим утратил свои литические функции в пользу роли α-лактальбумина, который модифицирует галактозилтрансферазу для распознавания глюкозы в качестве акцептора, что приводит к синтезу новых молочных сахаров, из которых свободные олигосахариды, возможно, предшествовали свободной лактозе. Предковый липокалин и предковый сывороточный кислый белок на основе четырех дисульфидов, по-видимому, утратили свои первоначальные транспортные и антимикробные функции, когда они стали сывороточными белками β-лактоглобулином и сывороточным кислым белком, которые вместе с α-лактальбумином обеспечивают лимитирующие сернистые аминокислоты для молодняка.
К концу триасового периода (около 210 млн лет назад) млекопитающие (предки млекопитающих) были эндотермическими (нуждались в жидкости для восполнения инкубационных потерь воды в яйцах), очень маленькими по размеру (что делало невозможным получение крупных яиц) и имели быстрый рост и ограниченную замену зубов (что указывает на более позднее начало кормления и зависимость от молока).
Таким образом, молоко уже вытеснило яичный желток в качестве основного источника питательных веществ, и к юрскому периоду (около 170 млн лет назад) гены вителлогенина были утрачены.
Все первичные компоненты молока развились до появления млекопитающих, и некоторые компоненты могут иметь происхождение, которое предшествовало отделению синапсид от завропсид (линия, ведущая к «рептилиям» и птицам). - Эволюционно-биологические взгляды на актуальные социальные проблемы грудного вскармливания и отлучения от груди - Цутайя - 2023 - Американский журнал биологической антропологии - Wiley Online Library
Типичный возраст отлучения от груди у людей наступает раньше, чем у человекообразных обезьян (Hawkes et al., 1998; «Хамфри», 2010). Люди демонстрируют уникальное поведение кооперативного размножения, при котором особи, отличные от матери, глубоко вовлечены в воспитание детей и активное обеспечение пищей неполовозрелых особей (Hawkes et al., 1998; Крамер, 2005; Kramer & Veile, 2018). У людей младенцев отлучают от груди относительно рано, в то время как другие особи, такие как отец, бабушки, старшие сестры и другие родственники, вносят свой вклад в обеспечение пищей незрелых детей, что позволяет матери вложить свою энергию в следующую беременность. Эти эволюционные особенности позволили людям успешно сокращать интервалы между рождениями без увеличения младенческой и детской смертности (Kaplan et al., 2000; «Крамер и Эллисон», 2010; Reiches et al., 2009). Следовательно, люди эволюционировали, чтобы одновременно воспитывать нескольких зависимых детей разного возраста (Jones, 2011).
Периоды грудного вскармливания в различных популяциях человека варьируются от нескольких часов до более чем 6 лет, что эквивалентно диапазону периодов грудного вскармливания всех млекопитающих, не относящихся к человеку (Sellen, 2009). Человекообразные обезьяны не обладают такой гибкостью в возрасте отъема. У диких шимпанзе, например, типичный период грудного вскармливания составляет 4–5 лет, а младенцы, которые не могут потреблять грудное молоко из-за материнской смерти в возрасте до 3 лет, редко выживают (Matsumoto, 2017).
- Эволюция, диверсификация и функции диады «мать-детеныш» в кормлении млекопитающих | Философские труды Королевского общества B: Биологические науки (royalsocietypublishing.org)
Считается, что молочные железы млекопитающих в значительной степени построены из апокринных желез, хотя некоторые данные свидетельствуют о том, что они могли возникнуть как часть иммунной системы в виде слизистой секреции кожи.
Одним из интригующих источников палеонтологических данных является эволюция подъязычной кости. Недавнее открытие, - ископаемое млекопитающее Microdocodon, сделанное Чжоу, Ло и коллегами, показывает, что подъязычная кость, похожая на млекопитающего, появилась задолго до общего предка современных млекопитающих. Подъязычная кость образует основу для большинства функций ротоглотки у млекопитающих, и многие мышцы, которые контролируют сосание, а также питание взрослых особей, связаны с этой костью. Наличие у этого млекопитающего предшественника млекопитающих подъязычной кости предполагает, что мышцы, необходимые для производства всасывания, могут прикрепляться к этому подъязычному аппарату и поддерживать функциональный язык, способный сосать.
Существуют значительные различия в развитии и анатомии молочной железы как у всех млекопитающих, так и у эутерий. Например, количество молочных желез варьируется у млекопитающих и тесно связано с количеством потомства, рожденного за один раз. Точно так же количество протоков на железу варьируется у млекопитающих, хотя его функция остается относительно неизученной. Кроме того, жвачные животные обладают цистернической анатомией молочной железы, где молоко собирается из железистых долей и хранится, в то время как у других эутерийных млекопитающих протоки опорожняются непосредственно в рот младенца.
Существуют большие различия в составе молока у разных видов, даже у эутерий. У большинства видов казеины являются основным белком, содержащимся в молоке, и, как предполагается, эволюционировали до эволюции млекопитающих. Однако их концентрация в молоке колеблется более чем на порядок. У млекопитающих наблюдается дальнейшая вариабельность типа казеина, присутствующего у разных видов, а также вариабельность паттернов фосфорилирования у млекопитающих. Аналогичные закономерности наблюдаются и в других белках, обнаруженных в молоке, а также в содержании липидов у млекопитающих, причем у некоторых видов содержание липидов в молоке составляет менее 1%, а у других — более 60%. В целом, состав молока у млекопитающих, по-видимому, в первую очередь зависит от сочетания филогенетических отношений, потребления питательных веществ матерью и продолжительности производства молока. Любое изменение состава молока также влияет на его вязкость и, следовательно, скорость текучести, что, в свою очередь, может повлиять на функцию младенца. Такой высокий уровень изменчивости подчеркивает тот факт, что состав молока эволюционно приспособлен к потребностям различных видов и что этот состав имеет отношение к функциям младенцев. Например, несмотря на то, что медведи потребляют меньше молока на единицу массы тела по сравнению с другими млекопитающими, их молоко более концентрированное, что позволяет им удовлетворять свои потребности в питательных веществах, просто в меньшем объеме.
Концентрация молока также варьируется в зависимости от развития грудного ребенка. Одним из ярких примеров этого у эутерий является выработка молозива (секреция с высоким уровнем антител) в течение первых нескольких дней жизни, прежде чем выделяется молоко. Молозиво также содержит множество биологически активных компонентов, а его содержание и функции варьируются у разных млекопитающих. Например, у копытных, получающих исключительный послеродовой уход, концентрация иммуноглобулина G в молозиве выше, чем у видов с препаральным переносом иммуноглобулинов, таких как человек и кролик. Помимо молозива, состав молока также варьируется в зависимости от времени, проведенного за кормлением. Это особенно верно для однопроходных и сумчатых, которые имеют длительные периоды кормления, а также встречается у большинства эутерийных видов, включая человека, хотя и менее выраженно. Концентрация молока также варьируется в течение одного сеанса кормления и варьируется в зависимости от времени суток и, как полагают, дает младенцам сигналы для самонасыщения. Таким образом, состав молока, вероятно, был целью отбора, чтобы соответствовать потребностям в питании младенцев.
Млекопитающие характеризуются сосанием, но при этом демонстрируют крайнюю вариативность в анатомии и физиологии взрослой особи. Например, твердые и мягкие вторичные нёба, участвующие в сосании младенцев, сильно различаются у однопроходных, с одной стороны, и сумчатых и плацентарных, с другой. У эутерий, помимо морфологии зубов, длина полости рта и связанных с ней структур, особенно языка, варьирует в зависимости от трофического типа и размеров тела взрослой особи. Таким образом, мы можем ожидать, что путь перехода от младенчества к взрослой жизни с точки зрения физиологии питания может быть объяснен филогенезом, диетой, анатомией или какой-либо другой осью вариации. Понимание того, как это достигается у млекопитающих, может дать представление о том, как физиология кормления младенцев может либо ограничивать, либо облегчать способность млекопитающих эволюционировать к питанию на новых диетах.
Различия в сосании, по-видимому, тесно связаны с относительной длиной ротовой полости, которая различается у детенышей млекопитающих, хотя и не так значительно, как у взрослых членов этих групп. Например, виды с более длинными мордами (опоссумы и суиды), по-видимому, используют две точки контакта языка и нёба во время сосания (одна на твердом нёбе спереди, а другая сзади на мягком нёбе), в то время как язык у видов с более короткими мордами (приматы и кошачьи) контактирует только с твёрдым нёбом. Это, вероятно, влияет на выработку всасывания, транспортировку молока и динамику сосания, глотания и дыхания у детенышей млекопитающих. Например, у свиней детеныши, которые захватывают только кончик соска (глотки), способны создавать более высокое давление всасывания, получать больше молока и питаться более эффективно, чем особи, которые склонны захватывать большую часть соска. Это клинически значимо, так как недоношенные дети обычно захватывают сосок кончиком глубже в рот, что еще больше усугубляет их способность генерировать всасывание и получать молоко. Таким образом, межвидовые различия в доступном пространстве в ротовой полости могут приводить к различиям в производительности у разных видов и предполагают функциональную связь между анатомией ротоглотки младенцев и морфологией материнской груди.
