Biokulturní koevoluce konzumace ethanolu a tolerance k němu s důrazem na pivo

• Thesis title in Czech: Biokulturní koevoluce konzumace ethanolu a tolerance k němu s důrazem na pivo
• Thesis title in English: Biocultural Coevolution of Ethanol Consumption and Tolerance with an Emphasis on Beer
• Key words: etanol, alkohol, pivo, alkoholdehydrogenáza, teorie podvojné dedičnosti, kulturní evoluce, hypotéza opilé opice
• English key words: ethanol, alcohol, beer, alcohol dehydrogenase, dual inheritance theory, cultural evolution, drunken monkey hypothesis
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Philosophy and History of Science (31-107)
• Supervisor: Mgr. Petr Tureček, Ph.D.

References

BEAUCHAMP, Gary K., 2016. Why do we like sweet taste: A bitter tale? online. Physiology & Behavior, vol. 164, no. Part B, Low Calorie Sweeteners: Science and Controversy. , pp. 432–437. Available from:https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2016.05.007.
BOLOGNINI, Davide; Alma HALGREN; Runyang Nicolas LOU; Alessandro RAVEANE; Joana L. ROCHA et al., 2024. Recurrent evolution and selection shape structural diversity at the amylase locus. online. Nature, vol. 634, no. 8034, pp. 617–625. Available from:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07911-1.
BOWLAND, Anna C.; Amanda D. MELIN; David J. HOSKEN; Kimberley J. HOCKINGS and Matthew A. CARRIGAN, 2025. The evolutionary ecology of ethanol. online. Trends in Ecology & Evolution, vol. 40, no. 1, pp. 67–79. Available from:https://doi.org/10.1016/j.tree.2024.09.005.
BOYD, Robert and Peter J. RICHERSON, 1985. Culture and the evolutionary process. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 0-226-06931-1.
BRITO, Saulo Alves de; Ariane Lao BALDYKOWSKI; Sandro A. Jr. MICZEVSKI and Thiago H. SILVA, 2018. Cheers to Untappd! Preferences for Beer Reflect Cultural Differences Around the World. In: ASSOCIATION FOR INFORMATION SYSTEMS (ed.). 24th Americas Conference on Information Systems (AMCIS 2018): New Orleans, Louisiana, USA, 16-18 August 2018, pp. 2884–2893. Red Hook: Curran Associates. ISBN 978-1-5108-7016-1.
CARRIGAN, Matthew A.; Oleg URYASEV; Carole B. FRYE; Blair L. ECKMAN; Candace R. MYERS et al., 2015. Hominids adapted to metabolize ethanol long before human-directed fermentation. online. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 112, no. 2, pp. 458–463. Available from:https://doi.org/10.1073/pnas.1404167111.
CAVALLI-SFORZA, Luigi Luca and Marcus W. FELDMAN, 1981. Cultural Transmission and Evolution: A Quantitative Approach. Monographs in population biology, 16. Princeton: Princeton University Press. ISBN 0-691-08280-4.
CLITES, Benjamin L.; Hans A. HOFMANN and Jonathan T. PIERCE, 2023. The Promise of an Evolutionary Perspective of Alcohol Consumption. online. Neuroscience Insights, vol. 18, p. 26331055231163589. Available from:https://doi.org/10.1177/26331055231163589.
DUDLEY, Robert, 2014. The Drunken Monkey: Why We Drink and Abuse Alcohol. Berkeley: University of California Press. ISBN 978-0-520-27569-0.
FAY, Justin C. and Joseph A. BENAVIDES, 2005. Evidence for Domesticated and Wild Populations of Saccharomyces cerevisiae. online. PLOS Genetics, vol. 1, no. 1, p. e5. Available from:https://doi.org/10.1371/journal.pgen.0010005.
HAERPFER, Christian; Ronald INGLEHART; Alejandro MORENO; Christian WELZEL; Kseniya KIZILOVA et al., 2024. World Values Survey Trend File (1981-2022): Cross-National Data-Set. 4.0.0. Dataset; online. In: JD Systems Institute a WVSA Secretariat. 2024-06-30. Available from:https://doi.org/10.14281/18241.27.
HOCKINGS, Kimberley and Robin Ian MacDonald DUNBAR, 2020. Alcohol and humans: a long and social affair. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-884246-0.
ITAN, Yuval; Adam POWELL; Mark A. BEAUMONT; Joachim BURGER and Mark G. THOMAS, 2009. The Origins of Lactase Persistence in Europe. online. PLoS Computational Biology, vol. 5, no. 8, p. e1000491. Available from:https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000491.
KATZ, Solomon H. and Mary M. VOIGT, 1986. Bread and Beer: The Early Use of Cereals in the Human Diet. Expedition, vol. 28, no. 2, pp. 23–34. ISSN 0014-4738.
LIU, Li; Jiajing WANG; Danny ROSENBERG; Hao ZHAO; György LENGYEL et al., 2018. Fermented beverage and food storage in 13,000 y-old stone mortars at Raqefet Cave, Israel: Investigating Natufian ritual feasting. online. Journal of Archaeological Science: Reports, vol. 21, no. October 2018, pp. 783–793. Available from:https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2018.08.008.
ROZIN, Paul and April E. FALLON, 1987. A Perspective on Disgust. online. Psychological Review, vol. 94, no. 1, pp. 23–41. Available from:https://doi.org/10.1037/0033-295X.94.1.23.
STRONG, Gordon and Kristen ENGLAND, 2021. Beer judge certification program 2021 style guidelines: Beer style guidelines. St. Louis Park: Beer Judge Certification Program.
THOMSON, J. Michael; Eric A. GAUCHER; Michelle F. BURGAN; Danny W. DE KEE; Tang LI et al., 2005. Resurrecting ancestral alcohol dehydrogenases from yeast. online. Nature Genetics, vol. 37, no. 6, pp. 630–635. Available from:https://doi.org/10.1038/ng1553.

Preliminary scope of work

Ačkoli evoluce alkoholdehydrogenázy (alcohol dehydrogenases, ADH) naznačuje dřívější přítomnost etanolu v ekosystému, k jeho širšímu rozšíření dochází před 100 miliony let v souvislosti s výskytem plodů krytosemenných rostlin (Angiospermae) s vysokým obsahem cukru a kvasinek (Saccharomycetes), které produkovaly etanol za účelem potlačení růstu konkurenčních mikroorganismů, především bakterií (Bacteria). Běžný obsah etanolu ve vysoce výživné potravě nevyhnutelně vedl k jeho kontaktu s mnoha taxony. Tento jev je dnes dobře prozkoumán a poukazuje na významnou roli této sloučeniny v ekosystému (Bowland et al., 2025).
Primáti (Primates), přesněji řečeno lidoopi (Hominidae) posunuli schopnost metabolizovat alkohol na vyšší úroveň. Asi před 10 miliony let umožnila změna jediného nukleotidu v enzymu ADH4 u předka dnešních goril (Gorilla), šimpanzů (Pan) a lidí (Homo) výrazné zvýšení kapacity metabolismu etanolu (Carrigan et al., 2015). Hypotéza „Opilé opice“ (Drunken Monkey Hypothesis) odkazuje na původ lidské náklonnosti k alkoholu v naší evoluční minulosti (Dudley, 2014). S rozvojem lidské kultury jsme však přestali být odkázáni na náhodné nalezení etanolu v přírodě. Výroba alkoholických nápojů, například piva, je doložena minimálně 13 tisíc let zpátky (Liu et al., 2018). Další studie upozorňují na nutriční význam piva při přechodu k usedlému způsobu života a jeho roli v sociální soudržnosti rostoucích lidských společenství (Hockings a Dunbar, 2020).
Tato práce si klade za cíl prozkoumat klíčové body koevoluce mezi člověkem a kvasinkami produkujícími etanol (s důrazem na jejich využití při výrobě piva). Mezi tyto body patří:
1. Evoluce primátů v kontextu evoluce kvasinek a dostupnosti etanolu v ekosystému
Zmapujeme vliv dostupnosti etanolu v ekosystému na evoluci primátů a lidoopů jako možného ancestrálního původu lidské konzumace etanolu, jak to předkládá hypotéza opilé opice. Původně adaptivní hodnota vyhledávání a zpracování vysoce energetických zdrojů se v moderní společnosti často ukazuje jako maladaptivní, což vede ke vzniku závislostí (Dudley, 2014). Zhodnotíme také alternativní teorie, například že konzumace alkoholu je vedlejším produktem preference sladké chuti (Beauchamp, 2016), nebo hypotézu „pivo před chlebem“ (beer before bread) (Katz a Voigt, 1986), případně roli alkoholu ve zvyšování sociální soudržnosti (Hockings a Dunbar, 2020). Empirické podklady mohou poskytnout data o evoluci enzymů alkoholdehydrogenázy u primátů (Clites et al., 2023) i u kvasinek (Thomson et al., 2005).
2. Role metabolismu alkoholu v neolitické revoluci
V rámci uplatnění teorie podvojné dědičnosti (Dual Inheritance Theory) (Cavalli-Sforza a Feldman, 1981; Boyd a Richerson, 1985) se zaměříme na propojení kulturní a biologické evoluce. Data o rozšíření enzymů ze skupiny alkoholdehydrogenázy mezi lidskými populacemi (Clites et al., 2023) budou tvořit základ této části výzkumu. Podobné postupy byly aplikovány ve studiích šíření enzymu laktázy (lactase) v souvislosti s chovem dobytka (Itan et al., 2009) nebo amylázy (amylase) s rozvojem zemědělství (Bolognini et al., 2024). Archeologické doklady šíření technologií pro výrobu alkoholických nápojů a přímá etanolová rezidua (Liu et al., 2018) nebo známky ústupu divokých forem kvasinek (Fay a Benavides, 2005) mohou sloužit jako doplňkové zdroje informací. Proces šíření S. cerevisiae a přidružené hmotné kultury bude simulován pomocí agent-based modelů. Cílem práce je zjistit, nakolik se při šíření technologie výroby a kultury požívání alkoholických nápojů jedná o demickou difuzi (kultura se šíří díky šíření populací) a nakolik o difuzi kulturní (hmotná kultura se šíří jako úspěšný „mém“ mezi sousedními populacemi).
3. Rychlá kulturní evoluce a divergence současných pivních stylů
Kulturní revoluce řemeslného piva od 70. let 20. století přinesla nejen návrat, ale i vznik mnoha pivních stylů (Strong a England, 2021). Analýza dat ze sociálních sítí založených na lokalizaci (location-based social networks, LBSNs) pro konzumenty piva (Brito et al., 2018) v kombinaci s velkými sociologickými průzkumy (Haerpfer et al., 2024) může objasnit změnu a diverzifikaci kulturních preferencí. V rámci výzkumu plánujeme sběr dat o preferencích pivních stylů v České republice a zemích s odlišnou pivní kulturou. Předpokládáme, že zatímco preference stylů se budou kulturně lišit (Brito et al., 2018), univerzální averze vůči nežádoucím chutím osvětlí sdílené mantinely kulturní evoluce zpracování obilí do podoby alkoholického nápoje (Rozin a Fallon, 1987).

Preliminary scope of work in English

Although the evolution of alcohol dehydrogenase enzymes (ADH) suggests the early presence of ethanol in ecosystems, its widespread distribution dates back to approximately 100 million years ago, this period coincided with the emergence of angiosperm fruits (Angiospermae) containing high sugar levels and yeast (Saccharomycetes), which produced ethanol to suppress the growth of competing microorganisms, especially bacteria (Bacteria). The regular presence of ethanol in highly nutritious food inevitably brought it into contact with various taxa. This phenomenon, now well-studied, highlights the significant ecological role of this compound (Bowland et al., 2025).
Primates (Primates), specifically great apes (Hominidae), advanced the ability to metabolize alcohol to a higher level. Around 10 million years ago, a single nucleotide change in the ADH4 enzyme in the ancestor of modern gorillas (Gorilla), chimpanzees (Pan), and humans (Homo) significantly enhanced their capacity to metabolize ethanol (Carrigan et al., 2015). The "Drunken Monkey Hypothesis" suggests that humans’ attraction to alcohol has deep evolutionary roots (Dudley, 2014). However, with the development of human culture, ethanol consumption shifted from random encounters to deliberate production. The brewing of alcoholic beverages, such as beer, can be traced back at least 13,000 years (Liu et al., 2018). Studies further point to beer's nutritional importance during the transition to a sedentary lifestyle and its role in fostering social cohesion in growing human communities (Hockings and Dunbar, 2020).
This thesis explores key points in the coevolution between humans and ethanol-producing yeast, focusing on beer production. These include:
1. The evolution of primates in the context of yeast evolution and ethanol availability in ecosystems
We will examine how the availability of ethanol in ecosystems influenced primate evolution, as a potential ancestral origin of human ethanol consumption, as proposed by the Drunken Monkey Hypothesis. The adaptive value of seeking and metabolizing high-energy sources, originally beneficial, often becomes maladaptive in modern society, leading to addictions (Dudley, 2014). Alternative theories, such as alcohol consumption as a byproduct of sweet taste preference (Beauchamp, 2016), the "beer before bread" hypothesis (Katz and Voigt, 1986), or alcohol’s role in increasing social cohesion (Hockings and Dunbar, 2020), will also be assessed. Empirical evidence may include data on the evolution of alcohol dehydrogenase enzymes in primates (Clites et al., 2023) and yeast (Thomson et al., 2005).
2. The role of alcohol metabolism in the neolithic revolution
Using the Dual Inheritance Theory (Cavalli-Sforza and Feldman, 1981; Boyd and Richerson, 1985), the thesis will explore the intersection of cultural and biological evolution. Data on the spread of alcohol dehydrogenase enzymes among human populations (Clites et al., 2023) form the basis of this research. Similar methods have been applied in studies on lactase enzyme spread with cattle domestication (Itan et al., 2009) or amylase with grain-oriented agriculture (Bolognini et al., 2024). Archaeological evidence of alcoholic beverage production, direct-ethanol residues (Liu et al., 2018), or the decline of wild strains of Sacharomyces strains (Fay and Benavides, 2005) may provide additional insights. The diffusion of S. cerevisiae and associated material culture will be modelled using agent-based simulations. The study seeks to determine whether the spread of brewing technology and alcohol-drinking culture represents demic diffusion (where culture spreads with migrating populations) or cultural diffusion (where material culture spreads as a "meme" between neighbouring populations).
3. Rapid cultural evolution and divergence of modern beer styles
The craft beer revolution, starting in the 1970s, brought about not only the revival but also the creation of many beer styles (Strong and England, 2021). Analyzing data from location-based social networks (LBSNs) for beer consumers (Brito et al., 2018), combined with large sociological surveys (Haerpfer et al., 2024), can shed light on changing and diversifying cultural preferences. This research includes data collection on beer style preferences in the Czech Republic and a countries with contrasting beer cultures. It is hypothesized that while cultural preferences for beer styles will differ (Brito et al., 2018), universal aversions to undesirable flavors will highlight shared evolutionary underpinnings of transforming grain into alcoholic beverages (Rozin and Fallon, 1987).