Текст книги "Одиссея генов. Захватывающая история человечества, извлеченная из ДНК"

40 тысяч лет назад
Тем временем в Азии…

Примерно в то же время, когда представители вида Homo sapiens заселили Европу, по континентальной Азии продвигались другие люди современного типа. Но археология призывает нас ненадолго вернуться назад, прежде чем углубиться в перипетии этого нового приключения. Дело в том, что археологи нашли ископаемые останки, которые свидетельствуют о появлении сапиенсов в Азии намного раньше, чем 40 тысяч лет назад: костям человека современного типа, найденным в пещере Фуянь в Китае, по всей видимости, 80–120 тысяч лет; некоторым останкам из Лаоса – 60 тысяч лет; другим останкам, с острова Суматра, – 63–73 тысячи лет. Но эти данные получены из ископаемых останков. А что же генетика? Вот тут и возникает загвоздка: генетика рассказывает совершенно другую историю.

Первое, что заставляет переписать археологический сценарий, – тот факт, что сегодня население континентальной Азии генетически ближе к европейцам, чем к австралийцам, появившимся в результате первых миграций на восток после выхода из Африки. На основе этих данных, полученных из ДНК, определено примерное время разделения между австралийцами и евразийцами – 60 тысяч лет назад, тогда как разделение между азиатскими и европейскими популяциями произошло на 20 тысяч лет позднее.

И это еще не все. Палеогенетики также доказали, что у жителей континентальной Азии мало что сохранилось от генома денисовцев (родственников неандертальцев), тогда как у австралийцев его до 6 %. Впрочем, если задуматься, несовпадение датировки и денисовское влияние друг другу не противоречат: первая волна миграции Homo sapiens на восток достигла Австралии примерно 50 тысяч лет назад. По пути эти люди скрещивались с денисовцами. Вторая волна последовала за ними позднее, примерно 40 тысяч лет назад, и на этот раз люди шли в континентальную Азию.

Не оставив потомства

Когда речь идет о палеоантропологических останках, 40 тысяч лет назад – время сравнительно недавнее, но вполне возможно, что потомки этих древних людей не дожили до наших дней. Если взять европейский пример, нам известно, что у особей, найденных в «пещере с костями» (Пештера-ку-Оасе), нет потомков среди современных популяций. Не исключено, что и древних жителей Азии постигла та же участь. Но будем ли мы когда-нибудь полностью в этом уверены? До сих пор извлечь из их останков ДНК не удавалось; может быть, эти попытки так и останутся тщетными, поскольку генетический материал сильно поврежден.

Подведем итог. Homo sapiens не менее двух раз принимались колонизировать планету, начиная с Ближнего Востока. Схематически это выглядело так: через несколько десятков тысяч лет после первой волны миграции, докатившейся до Австралии, наших предков вновь стало манить неизведанное, и одни двинулись на север, в Европу, а другие – на восток, в Азию. Два скелета подтверждают это предположение. Один, из пещеры Тяньюань в Китае (его возраст от 39 до 42 тысяч лет), генетически определенно относится к азиатской ветви, тогда как другой, из села Костёнки в России (ему 35–39 тысяч лет) принадлежит к ветви европейской. Стоит отметить, что строгой границы между Западом и Востоком, очевидно, никогда не существовало. Изображение отдельных ветвей, азиатской и европейской, – упрощение, не учитывающее известных миграций между Европой и Азией.

Какими путями Homo sapiens шли колонизировать Азию? Роль Центральной Азии очень важна для понимания истории этого заселения. В 2001 году первое исследование, посвященное этому региону и основанное лишь на нескольких участках генома, то есть на Y-хромосоме, привело к гипотезе, согласно которой Центральная Азия была той «стартовой площадкой», откуда сапиенсы отправились колонизировать Западную Европу и восточную часть Азии. Таким образом, после их выхода из Африки одна из ветвей заселения тянулась от Ближнего Востока прямиком к Центральной Азии, чтобы затем распространиться на обе части света. Но результаты другого исследования, основанного на митохондриальной ДНК, напротив, указывали на то, что в Центральную Азию стекались популяции из Западной Европы, а также другие, шедшие с Востока. Какое из предположений верно?

Полевые исследования в Каракалпакии

Я составила планы исследований и организовала долгосрочные экспедиции, позволившие ответить на этот вопрос. Меня, как и многих других, кто серьезно изучает историю человека, всегда привлекала Центральная Азия. Это место встречи множества культур прошлого и настоящего. На палеоантропологическом уровне останки неандертальца (на стоянке в Тешик-Таше) соседствуют здесь с останками Homo sapiens эпохи палеолита (скелет из Оби-Рахмата). Сегодня кочевники-скотоводы, говорящие на языках тюркской семьи, живут в регионе бок о бок с земледельцами, изъясняющимися на индоиранских языках.

Чтобы убедиться в невероятном внешнем разнообразии местных мужчин и женщин, достаточно пойти на рынок. Здесь можно встретить людей с азиатскими чертами, очень похожих на монголов, а другие местные жители напоминают иранцев. Этот регион населен узбеками, каракалпаками, киргизами, туркменами, казахами и уйгурами, жителями пяти молодых республик (Туркменистана, Киргизии, Таджикистана, Казахстана и Узбекистана), только в 1991 году ставших независимыми государствами.

Так сложилось, что все свои экспедиции я проводила в сотрудничестве с Академией наук Узбекистана. Во время нашей первой встречи с ее президентом он сказал, что счастлив поддержать проект, который позволит получить серьезные научные данные об истории этого региона. И добавил, что советскому режиму свойственно было постоянно переписывать историю… Эти слова напомнили мне знаменитую цитату из книги Джорджа Оруэлла: «Кто управляет прошлым, тот управляет будущим; кто управляет настоящим, тот управляет прошлым»[1]1
  Оруэлл Джордж. 1984. Пер. В. Голышева.


[Закрыть].

Кроме того, однажды при посещении Академии наук произошла очень важная для меня встреча. Под Рождество 2000 года я решила во время отпуска слетать в Ташкент, столицу Узбекистана, чтобы встретиться с Русланом Рузыбакиевым – генетиком, чьи имя и адрес я узнала благодаря подписи под одной из публикаций в интернете. Мне улыбнулась удача: секретарь сказала, что он на месте, и сообщила ему о нашем неожиданном визите. Вскоре Руслан нас принял: нам повезло, он говорил по-английски – это редкость в стране, совсем недавно вышедшей из состава СССР. Я рассказала ему о своем проекте по изучению генетического разнообразия населения Центральной Азии в сравнении с культурным разнообразием.

Ранее Руслан работал с американским исследователем, потому-то я и смогла найти его имя. Ему было известно, как по современным генетическим данным можно восстановить историю народов. Похоже, его приятно удивила моя смелость – то, что я прилетела из Парижа прямо к нему. Он преподаватель, который поддерживает и поощряет молодых ученых. И он тут же попросил позвать одну из своих блестящих воспитанниц, которая в то время заканчивала работу над диссертацией. Вошла молодая женщина корейского происхождения с сияющими глазами – Татьяна Хегай. Именно она и стала моей главной спутницей в дальнейших приключениях. Она открыла мне дверь в Центральную Азию. Благодаря ее умению работать и общаться с местным населением, ее огромному вкладу в проект, она стала незаменимой участницей всех моих экспедиций в тех краях – а кроме того, моей подругой.

Чтобы восстановить историю заселения того или иного региона при помощи генетики, надо учитывать разнообразие нынешних этнических групп. И потому мы с коллегами запланировали несколько поездок для сбора образцов. Мы начали с самого западного участка: с Каракалпакии, граничащей с Аральским морем. Местность, ставшая унылой и бесплодной из-за обмеления этого огромного соленого озера, привлекла наше внимание, поскольку здесь на сравнительно небольшой территории сосуществуют очень разные народы: каракалпаки (традиционно кочевой народ, строящий тростниковые юрты и укрытия для скота), казахи, узбеки, а ближе к югу – туркмены. Все они разводят в основном овец и верблюдов.

Райские сады

На втором этапе исследования мы отправились на восток Центральной Азии, в Киргизию, на Тянь-Шань. Эта зеленая и гористая страна – полная противоположность Каракалпакии. Летом скотоводы вместе со своими юртами поднимаются на высокогорные пастбища. Они разводят главным образом лошадей – как для верховой езды, так и ради мяса и молока, из которого делают кумыс. Работали мы и в центре Узбекистана, а также в оазисах Самарканда и Бухары. И наконец, забрались на восток, в Ферганскую долину – райский уголок, изобилующий садами с плодовыми деревьями. Мы собирали образцы у таджикского населения Таджикистана – страны, которая еще только начала восстанавливаться после гражданской войны. К участию в каждой из экспедиций мне удавалось привлекать студентов и студенток. Некоторые из них увлеклись полевыми исследованиями и, став учеными, успешно ведут собственные проекты в области генетической антропологии.

В каждом из районов этнологи помогали нам изучать места, где живут этнически однородные группы. В первые несколько лет за нами, как в фильмах пятидесятых годов, регулярно более или менее заметно следовали секретные службы.

Получив первые результаты, мы немедленно стали выяснять, какое место занимала в евразийской истории Центральная Азия. Шли популяции оттуда или стекались туда? Наши данные, к величайшему удивлению, не подтвердили ни одну из двух гипотез. Вместо этого они рассказывали совсем другую историю – о волнах заселения с востока на запад. К сожалению, отсутствие точных сведений об уровне мутаций не позволяет точно датировать эти миграции: мы можем лишь утверждать, что перемещения происходили в период между 45 и 25 тысячами лет назад.

Итак, Центральная Азия действительно была заселена в глубокой древности. Но произошло ли это в самом начале колонизации Евразии, приблизительно 40 тысяч лет назад, или намного позже, около 25 тысяч лет назад? В последнее время многочисленные исследования древней ДНК заставляют вернуться к первой гипотезе: они выявили достаточно выраженную генетическую близость между ДНК европейских останков (со стоянки в Гойе в Бельгии, возрастом около 35 тысяч лет) и единственным палеолитическим ископаемым с востока Азии (найденным на китайской стоянке Тяньюань). Так что у европейских Homo sapiens, возможно, действительно были азиатские предки. Надеюсь, вскоре новые данные, полученные от древней ДНК, прольют свет на эту тайну.

Так или иначе, наше исследование показало, что в какой-то период большая волна миграции хлынула из Азии на запад Евразийского континента. По дороге эти люди натолкнулись на горную цепь Гималаев, которую обогнули против часовой стрелки.

Вторым важным результатом нашего исследования стало установление того факта, что народы, говорящие на тюркских языках, кочевники-скотоводы этого региона, генетически отличаются от индоиранских земледельцев. Различия отчасти объясняются тем, что в последние 10 тысяч лет этим народам не сиделось на месте. Действительно, Центральная Азия – это «слоеный пирог» миграций: самые ранние, с востока на запад, сменились другими, с запада на восток, а затем снова последовали миграции с востока на запад. Я знаю мало мест на Земле, где наблюдалось бы такое же разнообразие народов и связей между ними.

15 тысяч лет назад
Настоящее открытие Америки

В учебниках истории долгое время писали, что Америку открыл Христофор Колумб в 1492 году. Этот евроцентризм вышел из моды – и правильно: когда испанский мореплаватель добрался до берегов нынешней Кубы, остров уже населяли индейцы. Существовало три гипотезы, объясняющие заселение этой части света. Первая, основанная на сходстве между доисторическими артефактами, найденными в Северной Америке и в Европе, предполагала, что люди прибыли сюда по морю из Европы. Согласно второй, они добрались из Сибири через Берингов против. И последняя, самая смелая, предполагала миграцию из Океании.

Генетические данные однозначно подтвердили одну из этих гипотез: первые американцы пришли из Сибири. Недавние исследования позволили датировать это событие – оно произошло примерно 15–20 тысяч лет назад. Миграционная волна прокатилась в два этапа. Сначала первопроходцы укоренились в регионе, где сегодня находится Берингов пролив. Дело в том, что во времена максимального оледенения, примерно 20 тысяч лет назад, благодаря теплым морским течениям часть региона оставалась относительно благоприятной для жизни. А потом эти люди через Аляску продвинулись вглубь Североамериканского континента.

Сейчас ученые говорят о двух возможных путях проникновения людей в Северную Америку: один проходит вдоль побережья, другой – в глубине материка, по долине реки Колорадо. Эта колонизация, начавшаяся с севера континента, происходила довольно быстро, поскольку уже через 5000 лет следы заселения появились в Южной Америке. Другие, более поздние волны миграций, шедшие из Сибири, привели к заселению Крайнего Севера и к появлению инуитов, чьи территории простираются до самой Гренландии.

Но было ли прибытие людей из Сибири действительно первым появлением Homo sapiens на американской земле? Археологические находки указывают на то, что люди бывали там и раньше (хотя их кости не были обнаружены), и позволяют рассматривать гипотезу о более древнем заселении Америки. В Серра-да-Капивара в Бразилии найдено орудие возрастом 24 тысячи лет и древесный уголь, которому 48 тысяч лет. Эти датировки противоречат генетическим данным…

Следовательно, не исключено – и даже вполне вероятно, – что случались и другие миграции, более ранние, но не оставившие генетического следа, который дошел бы до наших дней. Каким образом попали туда эти люди? По морю, как утверждают некоторые исследователи? Вероятно, волны могли донести лодку от берегов Западной Африки до побережья современной Бразилии. Время от времени море могло выбрасывать африканских рыбаков на американский берег… Чтобы поставить точку в дискуссии, идеально было бы найти человеческие останки периода более раннего, чем 15–20 тысяч лет назад.

Загадка Огненной Земли

Самую крайнюю точку Южной Америки, Огненную Землю, окружает тайна. Когда Магеллан в 1520 году открыл этот холодный и продуваемый всеми ветрами архипелаг, он с изумлением увидел там людей: как могли они жить в крайне суровых на взгляд европейца условиях? Эти народы (селькнамы, яганы и алакалуфы) действительно не боятся средней температуры 5 °C… Некоторые кочуют по морю, есть и те, кому случается нырять в ледяную воду за моллюсками! На немногих визуальных свидетельствах, первых снимках на стеклянных пластинах из собрания Музея человека, мы видим почти раздетых людей, похоже, прекрасно приспособившихся к суровому климату.

Еще долго после открытий Магеллана эти туземные народы продолжали занимать умы ученых, став одной из величайших загадок этнологии ХХ века. Они казались такими особенными, словно не имели ничего общего с людьми, населяющими континент. Но откуда же в таком случае они взялись? К несчастью, контакт с европейцами стал для них роковым: большинство умерло от завезенных из Европы инфекционных болезней, к которым у них не было иммунитета (кори, туберкулеза и т. п.), а немногих выживших позднее истребили европейские колонизаторы, позарившиеся на их земли.

Наша совместная с палеогенетиками работа помогла установить истину благодаря волосам и костям, привезенным с мыса Горн в конце XIX века: нам удалось исследовать ДНК их владельцев. И к какому же выводу мы пришли? Он оказался неожиданным и принес некоторое разочарование: эти народы имеют общее происхождение с другими индейскими популяциями Америки. На самом деле их физиология – результат акклиматизации в местных экстремальных условиях. Это пример невероятной способности Homo sapiens к адаптации.

Загадка ботокудов

Еще одна южноамериканская группа, происхождение которой окутано тайной, – ботокуды, живущие на востоке Бразилии, в глубине лесов Амазонии. У мужчин и женщин этого племени есть обычай носить диски, вставленные в нижнюю губу или в мочку уха. Генетический анализ выявил удивительную особенность: их ДНК содержит следы полинезийского генома. Не могут ли ботокуды служить живым доказательством того, что и Америка была колонизирована через Полинезию?

Недавно к этой гипотезе вернулись самым неожиданным образом благодаря… батату! На многих островах Полинезии батат – основной продукт питания, хотя он и не происходит из этого региона. До исследования, основанного на гербариях XVIII века из собрания парижского Музея естественной истории, считалось, что батат завезли португальцы. Но исследование показало, что одна из разновидностей батата, найденная в Полинезии, попала туда из Центральной Америки и отличается о тех, что завезли португальцы.

Эта историческая деталь свидетельствует о том, что между Полинезией и Америкой обмены происходили еще до того, как европейцы «открыли» эти два уголка планеты. Чтобы подтвердить реальность таких обменов, следовало бы доказать, что следы полинезийской ДНК в крови ботокудов появились до прибытия португальцев в Америку. Это исключило бы вероятность того, что на земли ботокудов полинезийцев доставили португальские суда.

Как решить эту задачу? Оказывается, существует хитроумный способ определить при помощи ДНК, когда смешались два разных народа. Длина участка ДНК, который мы передаем потомкам, из поколения в поколение уменьшается из-за рекомбинаций (смешиваний хромосом, происходящих при образовании зародышевых клеток – см. врезку «Датировать общего предка с помощью генетических данных» ниже). Таким образом, определив длину участков ДНК полинезийского происхождения в геноме ботокудов, можно приблизительно датировать смешение между американскими индейцами и полинезийцами, которое могло привести к появлению этого народа.

Пока что единственное исследование ДНК ботокудов указывает на даты, включающие период португальской колонизации. Но использованный для этого исследования образец ДНК был слишком мал и не лучшего качества. Сейчас ведутся новые исследования, и тайна вскоре должна быть раскрыта. Так или иначе, от востока Бразилии до Полинезии очень далеко: чтобы туда добраться, пришлось бы обогнуть всю Южную Америку, а это не так-то просто.

Как и другие народы мира, население Южной Америки приспособилось к очень разнообразной окружающей среде. Так, некоторые народы, живущие в Андах, биологически адаптировались к жизни на большой высоте – подобно тибетцам, хотя и немного иначе. Самое удивительное – это адаптация к мышьяку. Этот элемент распространен в Андах: он попадает в подземные воды из вулканических пород. И у местного населения существует мутировавший вариант гена AS3MT в 10-й хромосоме, который позволяет метаболизировать мышьяк, то есть выводить его из организма. Невероятная адаптация, которой уже несколько тысячелетий!

Датировать общего предка с помощью генетических данных

Чтобы узнать, когда жил общий предок двух индивидов, исследователи сравнивают участки ДНК, одинаково расположенные в их геноме. Число различий между этими участками указывает на время, прошедшее с тех пор, когда они представляли собой единое целое. Но что приводит к появлению различий? Очевидно, они бывают вызваны спонтанными мутациями, которые происходят случайным образом, но кроме того, они – результат генетических рекомбинаций, которыми отмечено каждое поколение.

Чтобы понять суть этого феномена, представьте себе наш генофонд в виде библиотеки, где книгами будут наши хромосомы. У любого из нас каждый участок генома двойной, поскольку он получает по «книге» от матери и от отца. Что происходит, когда мы в свою очередь производим половые клетки для размножения? Материнские и отцовские книги перемешиваются: из каждой выпадают страницы, которые в итоге оказываются в другой книге. Эта рекомбинация лежит в основе смешения генов, которое объясняет, каким образом при половом размножении из «старого» создается «новое».

Число рекомбинаций в каждом поколении зависит от биологического вида: например, у человека происходит несколько десятков рекомбинаций. Генетики, изучающие популяции, стараются выявить эти рекомбинации в ДНК популяций, чтобы восстановить их историю. С точки зрения статистики, чем дальше одна от другой две страницы в книге индивида, тем больше шансов, что между ними произойдет рекомбинация, то есть тем выше вероятность, что одна страница будет передана отцом, а другая – матерью. И наоборот: две близкие страницы избегнут рекомбинации и, вероятнее всего, будут переданы вместе. В то же время чем больше поколений проходит, тем вероятнее, что произойдет рекомбинация. В конечном счете у каждого участка ДНК – у каждого набора страниц – своя история, и каждый участок восходит к какому-либо предку. ДНК – своего рода мозаика ушедших предков.

Как именно исследователи проводят анализ? Они сравнивают участок ДНК одного индивида с таким же участком другого, затем ищут сегменты ДНК без рекомбинации. Если такой сегмент длинный, значит, произошло мало рекомбинаций, то есть после общего предка прошло мало поколений: общий предок двух индивидов жил относительно недавно. Если же участок общей ДНК без рекомбинации короткий, то это указывает на древность общего предка.

Эту информацию, основанную на длине участков общей ДНК, дополняют данные о мутациях. Если общий для одного из участков ДНК предок жил давно, то, вероятно, после него на этом участке ДНК накопились мутации. Следовательно, если при сравнении двух участков ДНК обнаруживаются длинные участки без рекомбинации, но с небольшим числом мутаций, то общий предок жил недавно. Если же выявляются небольшие участки ДНК без рекомбинации, но с мутациями, значит, общий предок довольно древний.

Так сравнивают ДНК двух индивидов или даже ДНК одного индивида, полученные им от отца и от матери. (В последнем случае родителей можно рассматривать как двух индивидов, чьи ДНК сравниваются.) На основе полного генома индивида датируют предка каждой части его генома. У каждой части генома двух индивидов есть общий предок, которого называют ближайшим общим предком, или MRCA (most recent common ancestor).

Очень важная для восстановления истории информация: если для многих участков генома общий предок относится к одному и тому же периоду, значит, в то время население было малочисленным. Чтобы это понять, представьте себе деревню: если вы наугад выберете там двух человек, они окажутся родственниками (имеющими недавнего общего предка) с большей вероятностью, чем если бы вы выбрали наугад двух индивидов в большом городе (даже без учета миграции). Таким образом, в небольшой популяции вероятность обнаружить недавнего общего предка выше.