Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни

Я не раз говорил, что использование лишь одного гена может привести к ошибкам. Зато данные, полученные от множества генов, дают нам мощный инструмент. Генные деревья для популяции и точки их ветвления отражают события прошлого. Мы можем не только установить точки ветвления, но и оценить их возраст с помощью “молекулярных часов”. И здесь ключ к разгадке, потому что схема ветвления генных деревьев, привязанная ко времени, может сказать очень о многом. Случайное спаривание (см. “Рассказ Тасманийца”) дает совсем не такой узор ветвлений, как разного рода неслучайные спаривания – каждое из них придает генному дереву особенную форму. Колебания численности популяции тоже оставляют характерный отпечаток. Таким образом, на основе нынешних паттернов распространения генов можно реконструировать прошлое, сделать выводы о размере популяций и датировать миграции. Когда популяция небольшая, дерево ветвится чаще. Увеличение популяции приводит к тому, что у деревьев отрастают длинные ветви, а точки ветвления концентрируются у основания дерева, где численность популяции еще невелика. Это свойство мы можем использовать, чтобы с помощью “молекулярных часов” определить, когда популяция увеличивалась, а когда уменьшалась, проходя сквозь “бутылочное горлышко”. Хотя, к сожалению, самые узкие “горлышки” не только стирают генетические линии, но и часто уничтожают все следы того, что было до них.

Коалесцентные генные деревья помогли разрешить давние споры о происхождении человека. Согласно “африканской теории”, все люди, живущие за пределами Африки, – потомки одной волны миграции (около 100 тыс. лет назад). Другой крайности держатся сторонники “мультирегионального” происхождения человека, считающие, что ныне живущие расы, скажем в Азии, Австралии и Европе, разделились очень давно и происходят от местных популяций Homo erectus, которые эволюционировали независимо. Оба названия сбивают с толку. Название “африканской” теории неудачно потому, что никто не спорит с тем, что все наши предки – из Африки. “Мультирегиональная” – тоже не лучшее название для теории, потому что самая древняя предковая популяция была единой. Сторонники двух этих теорий спорят о времени, когда мы покинули Африку. Так что, по-моему, лучше назвать теории так: “недавно из Африки” (“недавний исход”) и “давно из Африки” (“давний исход”). Дополнительный плюс таких названий в том, что они подчеркивают связь между ними.

Если бы все современные неафриканцы были потомками одной-единственной волны эмиграции из Африки, современные паттерны распределения генов указывали бы на недавнее прохождение небольшой африканской популяцией “бутылочного горлышка”. И точки ветвления генных деревьев тогда были бы сосредоточены вокруг даты массовой эмиграции. Если же мы независимо появились из региональных популяций H. erectus, то гены, напротив, должны указывать на то, что в каждом регионе существуют свои давно разделившиеся генетические линии. И тогда, вопреки утверждениям сторонников “недавнего исхода” о массовой эмиграции, мы почти не обнаружим точек ветвления. Что же мы видим на самом деле?

Ожидать единственного ответа на этот вопрос значило бы попасться в ту же ловушку, что и авторы фильма “Родина”. У всех генов своя история. Вполне возможно, что некоторые наши гены действительно из Африки, в то время как другие достались нам от разных популяций H. erectus. Иными словами, мы можем одновременно быть потомками и африканских эмигрантов, и региональных популяций H. erectus, потому что в любой момент в прошлом мы можем обнаружить огромное количество своих предков. Некоторые, возможно, недавно покинули Африку. Другие могли тысячи лет жить, скажем, на Яве. От первых мы могли унаследовать африканские, от вторых – яванские гены. Отдельный участок ДНК, такой как митохондриальная ДНК или К-хромосома, дает столь же скудное представление о прошлом, как отдельная фраза из учебника истории. И все же сторонники теории “недавнего исхода” часто опираются именно на данные Митохондриальной Евы. Но что будет, если “опросить” других членов “парламента” генов?

По сути, именно это сделал эволюционный биолог Алан Темплтон, предложивший теорию с удачным названием “Из Африки – снова и снова”. Темплтон использовал коалесцентную модель (подобную той, которой мы воспользовались, обсуждая гемофилию), однако применил ее не к одному гену, а к множеству. Это позволило реконструировать историю и географию генов по всему миру на отрезке в несколько сотен тысяч лет. На сегодняшний день я отдаю предпочтение Темплтону: мне кажется, он использует всю доступную информацию способом, который позволяет делать максимально обоснованные выводы. Кроме того, на каждом этапе работы он оглядывается назад, чтобы избежать злоупотребления данными.

Темплтон изучил литературу по генетике, по самым строгим критериям отобрав лишь нужное: крупные исследования в области генетики человека, в которых образцы собирали в Европе, Азии, Африке и так далее. Изучаемые гены относились к долгоживущим гаплотипам. Гаплотип – это участок генома, который либо защищен от изменений, возникающих в ходе рекомбинации (как в случае Т-хромосомы и митохондриальной ДНК), либо может оставаться неизменным достаточное для нас время (случай некоторых других, меньших участков генома). Гаплотип – это долгоживущий, легко узнаваемый участок генома. Можно представить его как “большой ген”.

Темплтон рассмотрел тринадцать гаплотипов. Для каждого он построил “генное дерево” и датировал точки ветвления с помощью “молекулярных часов”, которые были откалиброваны в основном по ископаемым. На основе датировок и географического распределения образцов он реконструировал несколько миллионов лет генетической истории нашего вида.

Главный вывод Темплтона в том, что основных волн миграции из Африки было не две, а три. В дополнение к “давнему исходу” Homo erectus около 1,7 млн лет назад (эта дата общепризнанна и основана главным образом на датировках ископаемых остатков) и недавней волне миграции, которая соответствует теории “недавнего исхода”, 840–420 тыс. лет назад случился Великий поход из Африки в Азию. Эта средняя волна миграции (“средний исход”?) подтверждается дошедшими до нас “сигналами” трех гаплотипов из тринадцати. Недавний исход подтверждается данными митохондриальной ДНК и Т-хромосом. Другие генетические “сигналы” указывают на масштабную обратную миграцию из Азии в Африку около 50 тыс. лет назад. Кроме того, митохондриальная ДНК и некоторые “небольшие” гены говорят о том, что немного позднее были и другие волны миграции: из Южной Европы в Северную, из Южной Азии в Северную, через Тихий океан в Австралию. И, наконец, согласно данным митохондриальной ДНК и археологическим находкам, около 14 тыс. лет назад произошло переселение из Северо-Восточной Азии в Северную Америку – через существовавший тогда Берингов перешеек. Вскоре после этого произошла колонизация Южной Америки – через Панамский перешеек. Кстати, говорить, что Америку открыл Христофор Колумб или Лейф Эриксон, – не что иное, как расизм. Не менее неприятно, на мой взгляд, релятивистское “уважение” к преданиям американских индейцев, которые по своему невежеству отказываются признавать, что их предки могли жить где-либо, кроме Америки.

Из Африки – снова и снова. Схема основных миграций человека, построенная А. Темплтоном на основе изучения 13 гаплотипов. Вертикальные линии соответствуют наследованию, диагональные отображают генетический перенос. Стрелками показаны миграции, подтвержденные данными генетических исследований. TEMPLETON [284] [4] .

В промежутках между тремя темплтоновскими волнами, как показывают генетические данные, происходил непрерывный перенос генов между Африкой, Южной Европой и Южной Азией. Согласно данным Темплтона, крупные и мелкие волны миграции сопровождались скрещиванием с местным населением, а не полным истреблением той или иной стороны – хотя, возможно, и такое бывало. Это очень важно для понимания нашей родословной.

4

Здесь и далее в кв. скобках – источники в списке литературы.

Наш рассказ, как и исследование Темплтона, посвящен людям и их генам. Однако родословные есть не только у человека. Все виды наследуют генетический материал, и у всех видов с половым размножением есть свои Адам и Ева. Методы изучения недавней истории человечества применимы и к остальным формам жизни. Так, ДНК гепарда “рассказала”, что 12 тыс. лет назад популяция прошла сквозь “бутылочное горлышко”. Эта информация важна для специалистов по охране кошачьих. В ДНК кукурузы сохранились несомненные свидетельства ее одомашнивания, которое произошло в Мексике 9 тыс. лет назад. Паттерны ветвления у деревьев штаммов ВИЧ могут использовать эпидемиологи и врачи, чтобы понять принципы распространения вируса и научиться его сдерживать. Гены и генные деревья проливают свет на историю флоры и фауны Европы: они рассказывают о массовых миграциях, вызванных ледниковыми периодами, которые постепенно оттесняли виды умеренного климата в южноевропейские убежища (рефугиумы) и оставляли арктические виды в изолированных горных областях. Эти и другие события можно проследить, изучая данные о распределении ДНК по земному шару. Эти данные составляют исторический справочник, который нам еще предстоит прочесть.

Мы видели, что каждый ген может рассказать свою историю; совместив эти истории, можно реконструировать события прошлого – недавнего и далекого. Древнейшие ПОП наших генов могут относиться к тому времени, когда мы еще не были людьми.

Происходит это, в частности, тогда, когда естественный отбор благоприятствует разнообразию популяции в ее интересах.

Предположим, есть две группы крови, A и B, и каждая обеспечивает иммунитет к разным заболеваниям. Каждая группа крови восприимчива к тому заболеванию, против которого у другой группы крови есть иммунитет. Заболевание распространяется в том случае, когда в популяции широко распространены носители восприимчивой к ней группы крови: в этом случае может начаться эпидемия. Поэтому, если в популяции преобладают люди, например, с группой крови B, заболевание легко перерастет в эпидемию. В результате люди с группой крови B будут умирать, пока их не станет совсем мало, а людей с группой крови А – соответственно, много. Если существует два типа какого-либо признака, более редкому из которых благоприятствует отбор просто в силу его редкости, это и есть рецепт полиморфизма: поддержание разнообразия ради разнообразия. Система групп крови АВ о – всем известный полиморфизм, который, возможно, сохраняется именно по указанным причинам.

Некоторые полиморфизмы могут быть довольно стабильными – настолько стабильными, что они передаются от предкового вида дочернему. Удивительно, но наш полиморфизм АВ о есть и у шимпанзе. Может статься, что мы с шимпанзе “изобрели” его независимо по одной и той же причине. Но, скорее всего, мы унаследовали его от общего предка и сохранили в течение 6 млн лет независимого развития, поскольку все это время соответствующие заболевания никуда не исчезали. Это межвидовой полиморфизм, и он наблюдается у видов куда более далеких, чем мы и шимпанзе.