Текст книги "Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом. Дэфид Райх. Саммари"

Smart Reading
Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом. Дэфид Райх. Саммари

Автор:

David Reich

Оригинальное название:

Who We Are and How We Got Here: Ancient DNA and the New Science of the Human Past

www.smartreading.ru

Ключ к загадкам человечества

Это – революция!

Доступ к полному геному человека – ключ к загадкам человеческой истории. В 2010 году были опубликованы первые пять геномов древних людей, в том числе геном неандертальца. А к августу 2017 года только в лаборатории автора книги Дэвида Райха удалось прочесть полные геномы трех тысяч наших давних предков!

Такое резкое ускорение темпов исследования известно как геномная революция – вторая научная революция в археологии. Первая была связана с открытием радиоуглеродного датирования, которое позволило определять реальный возраст артефактов и перевело археологию из категории описательных наук в категорию точных.

Что сделало геномную революцию возможной?

Полностью расшифровать геном человека не так уж сложно, ученые давно умеют это делать. Первый человеческий геном был секвенирован[1]1
  Секвенирование – определение нуклеотидной последовательности ДНК и РНК для получения формального описания их первичной структуры.


[Закрыть] еще в 2001 году, однако эта тогда процедура была невероятно дорогой, долгой и трудоемкой.

В 2006 году появились роботы, уменьшившие затраты на полногеномное прочтение, это сделало экономически доступным геномное картирование[2]2
  Геномное картирование – создание генетической карты.


[Закрыть] множества людей. Кроме того, была успешно решена проблема отделения человеческой ДНК от ДНК бактерий, которые участвовали в процессе разложения останков. А технология «чистых комнат» позволила избавиться от следов ДНК самих ученых и других людей, взаимодействовавших с образцами.

Геном – архив нашего вида

Надо сказать, что представление о геноме как о хранилище истории вида — нетрадиционное. Чаще всего исследователи рассматривают геном как информационную программу, необходимую для развития особи от оплодотворенной яйцеклетки до взрослого организма.

В 1987 году была расшифрована митохондриальная ДНК (мтДНК) нескольких сотен людей из разных уголков нашей планеты. Эта ДНК передается от матери к дочери, и исследователям удалось построить генеалогическое дерево по материнской линии для всех участников эксперимента. Они увидели, что мутации самой древней ветви этого дерева выявляются только у людей, живущих южнее Сахары. Это позволило предположить, что предки современных людей были родом из Африки. Зная скорость накопления мутаций, ученые смогли подсчитать, что последний общий предок всех линий, а точнее общая прародительница, «митохондриальная Ева», жила около 200 000 лет назад.

Ее потомки практиковали изготовление новых сложных изделий, и они же по большей части замещали коренное население любых регионов, куда бы ни пришли. У многих исследователей, например у Ричарда Клейна, возникла идея о том, что поведенческие инновации, отличающие нас от наших предков, могут объясняться неким генетическим изменением. Мутации могли влиять на работу мозга – отсюда и новые технологии, и сложное поведение, и конкурентное преимущество.

Забегая вперед, можно сказать, что эта теория не подтвердилась: ученые обнаружили слишком мало мутаций, частота которых увеличилась только у современного человека и функция которых известна. Однако целые геномы скрывают намного больше информации, чем мтДНК.

Геном за пределами мтДНК – это мозаика, а не строгая последовательность. Человеческие хромосомы – 46 кусочков сложного «паз-ла», каждый из которых состоит из еще более мелких элементов.

Наши геномы хранят информацию от великого множества предков, это ковер из цветных ниток, которые переплетаются, соединяются в пучки и снова разделяются. В них зашифрована история десятков тысяч независимых генеалогических линий.

После опубликования баз данных по полным геномам многие генетики начали искать и успешно нашли мутации, произошедшие действием естественного отбора:

• позволившие переваривать коровье молоко во взрослом возрасте;

• вызвавшие изменение оттенка кожи для адаптации к местному климату;

• обеспечившие устойчивость к специфичным паразитам.

Подобные события оставляют глубокие следы на общей картине геномной изменчивости, и их без особого труда можно обнаружить.

Встреча с неандертальцами

Сейчас существует только одна группа людей – Homo sapiens, и мы принадлежим именно к ней, однако 40 000 лет назад существовало множество групп архаичных людей, отличных от нас физически, но прямоходящих и обладающих многими нашими способностями. И вот вопрос, на который не может ответить археология, но легко отвечает генетика: как архаические группы людей связаны с нами?

Особенно интересен этот вопрос по отношению к неандертальцам – ведь это самые близкие родственники современного человека. Ученые доказали, что эти две популяции определенно встречались. Но скрещивались ли они между собой?

По скелетным остаткам видны некоторые признаки гибридизации – то есть смешения отдельных групп. Но сходство признаков может порой говорить о жизни в одинаковой среде, а не о родстве. Геномное исследование доказало, что неандертальцы в равной мере похожи на европейцев, азиатов и новогвинейцев, но меньше похожи на африканское население к югу от Сахары. Это значит, что неандертальцы скрещивались с предками неафриканского населения, но не с предками африканцев. Такой вывод противоречит изначальным научным представлениям, однако он подтвердился при дальнейших исследованиях.

В геноме сегодняшних неафриканцев содержится 1,5–2,1 % ДНК неандертальского происхождения, при этом у восточных азиатов эти цифры немного выше, чем у европейцев, несмотря на то что родиной неандертальцев была Европа.

Радикальная смена доктрин

Раньше антропологи придерживались концепции мультирегионализма, которая гласила, что в каждом регионе мира современные люди происходили от группы архаичных людей, населявших данную географическую область. Ученые полагали, что европейцы произошли по большей части от неандертальцев, восточноазиаты – от жителей Восточной Евразии, обитавших там более миллиона лет назад, а африканцы – наследники архаичного населения Африки. С этих позиций биологическая разница между нынешними человеческими популяциями коренится очень глубоко в прошлом.

Затем появилась противоположная гипотеза, которая предполагала, что все современные люди произошли от мигрантов из Африки или с Ближнего Востока, вышедших оттуда сравнительно недавно – около 50 000 лет назад. В противоположность мультирегионализму эта гипотеза подчеркивает относительно недавнее происхождение различий между нынешними популяциями людей.

Исследование древней ДНК приводит к компромиссу: мы ясно понимаем, что современные неафриканцы произошли от набиравшей численность группы мигрантов, покинувших Африку, но при этом и межвидовое смешение тоже имело место. Неандертальцы были очень похожи на нас, виды определенно скрещивались, и от неандертальцев мы получили некоторые полезные гены, помогающие адаптироваться к природным условиям Евразии.

Но были ли неандертальцы единственной архаичной группой, с которой скрещивались современные люди? Или существовали другие?

На сцену выходят денисовцы

В 2012 году в горах Алтая, в Денисовой пещере, была найдена небольшая детская косточка. Она оказалась слишком мала для радиоуглеродного анализа, но в ней содержалась ДНК удивительной степени сохранности! Судя по митохондриальному геному, эта косточка принадлежала представителю популяции, отделившейся от предкового ствола современных людей и неандертальцев еще до того, как разошлись эти две линии.

Но расшифровка полного генома обрисовала совсем другую картину. Оказалось, что денисовцы и неандертальцы связаны между собой теснее, чем каждая из этих групп с современными людьми. Неандертальцы и денисовцы разделились в период от 470 до 380 тысяч лет назад, а разделение их общей линии с линией homo sapiens произошло 770–550 тысяч лет назад. Имея на руках полный геном денисовцев, антропологи проверили, насколько они родственны ряду ныне живущих человеческих популяций. И тут их поджидал большой сюрприз.

Денисовцы оказались ближе всего… к новогвинейцам! При этом от Новой Гвинеи до Денисовой пещеры 9000 километров, да и климат этой страны совсем не похож на сибирский. Так что дело и не в адаптации: очень маловероятно, что люди, адаптированные к одним условиям, будут процветать в совсем противоположных. Денисовцы и предки новогвинейцев могли пересечься где-то в материковой Азии – возможно, на территории Индии или Центральной Азии, которые лежали на пути мигрантов из Африки к Новой Гвинее.

Кстати, у денисовцев обнаружили мутацию, позволяющую людям жить при пониженном содержании кислорода, в условиях высокогорий. Возможно, что жители нынешнего Тибета получили эту особенность именно от них.

Четыре популяции и «хоббиты»

На сегодня имеются полногеномные данные по четырем очень разным человеческим популяциям, чьи представители обладали крупным мозгом и жили не ранее чем 70 000 лет назад.

• современные люди;

• неандертальцы;

• сибирские денисовцы;

• австралоденисовцы.

К ним, возможно, следует добавить маленьких людей с острова Флорес на Индонезийском архипелаге, так называемых хоббитов; они, вероятно, были потомками ранних Homo erectus, оказавшихся в островной изоляции.

Итак, 70 000 лет назад мир населяли очень разные виды людей. Исследование их геномов дает нам возможность заглянуть в те времена, когда человечество было гораздо разнообразнее, чем сегодня.

Как мы сюда попали?

Связи между популяциями людей совсем не похожи на дерево, образом которого привыкли оперировать биологи. Ключевой момент «древесной метафоры» таков, что, если уж популяция ответвилась от ствола, она уже не возвращается к нему и не прирастает обратно. Но такая метафора несостоятельна, история человечества оказалась больше похожа на витую шпалеру, где перекладины расходятся, переплетаются, возвращаются к единому началу и разбегаются вновь.

В человеческом прошлом никогда не было материнской популяции – родоначальницы всего вида! Сегодняшние крупные генетические кластеры – это результат смешения очень разных популяций, существовавших в прошлом.

При анализе древней ДНК ее обычно сравнивают с нынешними образцами, пытаясь ретроспективным образом сориентироваться в прошлом. Однако люди, живущие где-либо сегодня, имеют мало общего с теми, кто жил там в те далекие времена.

Европа

Генотип сегодняшних европейцев в течение 9000 лет складывался во взаимодействии представителей трех совершенно различных групп людей. 10 000 лет назад на территории Европы доминировали охотники-собиратели, на смену которым постепенно приходили фермеры-земледельцы, мигрирующие из Анатолии. Переход от собирательства к ведению сельского хозяйства изменил уклад жизни на огромных территориях от Ближнего Востока до Скандинавии и Британии. Однако около 5000 лет назад сложившийся «статус-кво» был нарушен стремительным распространением степняцкой «ямной» культуры. «Ямники» изобрели колесо и повозку, а с ними и совершенно новый стиль жизни, позволивший им активно осваивать новые территории. В итоге всего за тысячу лет «новички» заместили до 90 % популяции, населяющей Британию, до 30 % жителей Иберии – в среднем до 70 % обитателей Центральной Европы. Это было связано не только с более эффективным способом хозяйствования, но и с… чумой. Условная «степь» была эндемическим очагом чумы, и населяющие ее жители оказались более устойчивы к заболеванию, чем жители завоеванных ими регионов. Победоносное распространение степняков-«ямников» не смогла остановить даже вторая волна анатолийской миграции, которая оставила зримые следы лишь на территории Греции.

Индия

Жители долины Инда освоили земледелие очень рано – примерно 9000 лет назад. Однако по необъяснимым причинам около 3800 лет назад эта цивилизация пришла в упадок, а новым центром развития стала долина Ганга. Некоторое время ученые считали, что причиной этого процесса было вторжение чужаков из Евразии, так называемых индоариев, однако эта гипотеза не подтвердилась, точнее – подтвердилась не полностью. Современные индийцы – продукт смешения двух предковых популяций: ANI и ASI. Первая из них ближе к европейцам, жителям Центральной Азии и Ближнего Востока, а вторая – некая загадочная общность людей, свойственная исключительно Индии. Генетически представители ASI близки к жителям Азии – Южной и Восточной. Носители генов ANI обладали более высоким социальным статусом и говорили чаще на индоевропейских языках, в отличие от представителей ASI, общавшихся на языках дравидийской группы. Интересно, что митохондриальная ДНК современных индийцев в большей степени передалась им от носительниц ASI. Это может быть связано с тем, что представители группы ANI, обладая высоким статусом, вступали в связи с местными женщинам, носительницами генов ASI, принося многочисленное потомство. Специфическое социальное устройство индийского общества – наличие каст – позволило сохранить в генах «эхо» этих далеких событий.

Новый Свет

Люди населили обе Америки существенно позже, чем Африку и Евразию. Возможность попасть на новый континент по суше, так называемому Берингийскому мосту, появилась у жителей Евразии не раньше чем 13 000 лет назад – когда отступили льды. В отличие от евразийских популяций, прихотливо перепутанных между собой, популяции Америк более упорядочены. Их общие прародители двигались с севера на юг, обживая огромные пространства.

Однако новые генетические исследования показали, что помимо людей, пришедших с территории современной Сибири, среди предков индейцев была еще одна, более древняя группа мигрантов – из Азии. Ее следы сохранились в генетическом коде жителей Амазонии – труднодоступного (даже сейчас!) и изолированного региона. Еще одна популяция-предок прибыла на континент около 5000 лет назад, от нее произошли палеоэскимосы. Так что даже довольно однородное коренное население обеих Америк тоже продукт смешения нескольких популяций.

Восточная Азия

Человек появился на просторах Восточной Азии около 1,7 млн лет назад. Более двух тысячелетий назад в этом регионе изобрели керамику, оттуда же началось освоение Америк. Именно там, на территории современного Китая, островной и Юго-Восточной Азии, независимо от Европы, зародилось сельское хозяйство.

Многие ученые поддерживают теорию «южного пути», она утверждает, что древние люди из Африки и Ближнего Востока могли добраться до Австралии гораздо раньше самой масштабной волны миграции, которая произошла 50 000 лет назад. Переселенцы двигались по берегу Индийского океана, некоторые из них облюбовали новые территории и закрепились там, став прародителями современного населения Новой Гвинеи, Филиппин, Малайзии.

Однако полногеномные исследования на восточноазиатских образцах практически не ведутся – это связано с юридическими ограничениями, запретом на передачу биологических образцов из Китая и Японии в Европу. Усложняет исследования и тот факт, что тропический климат не способствует сохранению ДНК. Ученые, правда, обнаружили, что в костях внутреннего уха концентрация ДНК намного выше, чем в остальных костях, – это позволяет получить необходимые для исследования образцы даже из плохо сохранившихся останков.

Африка

Внимание исследователей в основном привлекал «великий исход» людей из Африки, произошедший около 50 000 лет назад. Это было действительно важное и масштабное событие. Но что же происходило в Африке до и после него?

Геномные исследования говорят о том, что до «великого исхода» произошло некое масштабное смешение африканских популяций – примерно в равных долях. Возможно, именно этот импульс, это генетическое обновление вызвало к жизни «современного человека», каким мы его знаем.

Для Африки свойственна необычная структура популяций, похожая на соты. Люди на этой территории более склонны к оседлости, скорость перемешивания популяций здесь ограниченна, поэтому последовательности ДНК африканцев не в пример разнообразнее любых других. А как иначе? Ведь африканские сообщества людей, которые мы сравниваем между собой, живут изолированно намного дольше, чем любые другие пары популяций в любом другом месте земного шара.

Серьезное влияние на генетическое разнообразие населения оказала сельскохозяйственная экспансия. Так, народ, говорящий на языке прото-банту, распространялся из Центральной Африки на юг и на восток континента. Скотоводческие популяции, разговаривавшие на нило-сахарских языках, начали покидать засушливые зоны, когда стала разрастаться Сахара, – и тоже внесли свой вклад в общий процесс.

Данные полногеномных исследований древней ДНК свидетельствуют и об интенсивном взаимодействии населения Северной Африки и Ближнего Востока – историки также подтверждают общность языков и обычаев людей в этих регионах.

Генетика, политика и этика

В начале XX столетия немецкий археолог Густаф Коссинна одним из первых высказал гипотезу о том, что по сходным стилям утвари и предметов обихода можно очертить географические пределы тех или иных культур прошлого. Он развил эту идею, предположив, что у археологически сходных культур должны быть одни и те же носители и по распространению материальной культуры можно отследить пути древних миграций.

На основе перекрытия географического распространения культуры шнуровой керамики и немецкого языка Коссинна посчитал, что у истоков сегодняшнего немецкого языка и самих немцев находится народ культуры шнуровой керамики. Он утверждал, что раз культура шнуровой керамики включает территории Польши, Чехословакии и запада России, то немцы имеют моральное право считать эти регионы своими.

Идеи Коссинны послужили основой нацистской пропаганды и оправданием претензий на восточные территории. Его гипотеза поддерживала расистское мировоззрение и предполагала, что в основе миграций лежит врожденное биологическое превосходство одних людей над другими.

Неудивительно, что исследование прошлого отдельных народов и этнических групп многими воспринимается негативно. Например, реконструкции прошлого традиционно избегают североамериканские индейцы. Они опасаются, что генетические исследования – это еще одна попытка европейцев втолковать им, кто они такие. Недоверие к генетическим исследованиям нашло отражение даже в племенных законах. В 2002 году навахо приняли мораторий на генетические исследования, запрещающий членам племени участвовать в них. А племя каритиана в Амазонии даже смогло остановить международный проект по изучению генетического разнообразия человечества (HGP) и лишить его финансирования.

Страсти вокруг костей

В 1990 году конгресс США принял акт о защите погребений индейцев и репатриации. Все учреждения, получающие государственное финансирование, должны были вернуть индейским племенам все культурные артефакты, включая и костные остатки из погребений, если будет доказана принадлежность этих материалов к тому или иному племени. Это лишило исследователей возможности работать со многими ценными образцами и перечеркнуло работы по датированию остатков, относящихся к последней тысяче лет, – именно для этого интервала можно строго доказать культурные связи между индейскими племенами.

При этом огромную пользу генетика может принести при оценке размера популяций индейцев до 1492 года. После прихода европейцев численность племен уменьшилась десятикратно, разрушив ранее стабильные сложные социумы. Европейцам было выгодно преуменьшать численность индейцев, это отчасти оправдывало аннексию их территорий и давало повод заявлять о том, что до прихода чужаков у коренных народов не было никакой цивилизации или развитых сообществ.

Геномика рас и национальностей

Дэвид Райх рассказывает о четко выраженной общественной позиции, с которой он сталкивался, выступая на конференциях, – изучение биологической разницы в человеческих популяциях опасно.

В 1942 году антрополог Эшли Монтегю написал труд «Самый опасный миф человека: ошибочность расы», где доказывал, что раса – социальный концепт, а не биологическая реальность.

Эта книга задала тон всем последующим биологическим и антропологическим дискуссиям на эту тему, однако со временем возник некоторый опасный перекос. Он заключается в том, что, действительно, между крупными популяциями людей нет серьезных различий, на основе которых можно было бы строить концепцию «биологической расы». Однако различия между популяциями нельзя считать ничтожными, они все-таки есть и нуждаются в исследовании.

Первое серьезное доказательство этому факту было получено в 2002 году, когда Марк Фельдман с коллегами показали, что если взять достаточно большое число вариабельных позиций в человеческом геноме, то подавляющее число индивидуальных образцов сгруппируется по расовым категориям: «африканцы», «европейцы», «восточноазиаты», «народы Океании», «индейцы».

В 2003 году последовала новая волна дискуссий, вызванная статьей Нила Риша, который отмечал, что идея разделения на расы, несмотря на скандальный ореол, приносит пользу в медицинском аспекте. Многие заболевания основаны на генетических различиях людей, которые нельзя игнорировать, если мы хотим максимально точно диагностировать и лечить их. Нельзя отрицать наличие значительных генетических различий между популяциями, они касаются не только цвета кожи, но и других особенностей: конституции тела, способности переваривать крахмал и лактозу, способности легко дышать на большой высоте, восприимчивости к определенным болезням.

Изменчивость внутри популяций гораздо выше, чем между популяциями. В любой популяции есть индивиды с крайне низкими или крайне высокими показателями большинства признаков. Но при этом вполне могут наблюдаться различия между средними значениями признаков.

Дэвид Райх считает, что если намеренно избегать обсуждения межпопуляционных различий, то в образовавшийся вакуум хлынет псевдонаучный поток. А это гораздо хуже, чем открытая дискуссия по любому фактическому результату. К сожалению, сейчас появились ученые и писатели, утверждающие, что межпопуляционные различия не только существуют, но и совпадают с традиционными расовыми категориями. Ярким пример тому – книга «Неудобное наследство: гены, расы и человеческая история», написанная журналистом из The New York Times Николасом Уэйдом.

Сейчас мы не знаем, какова природа или вектор генетически обусловленных межпопуляционных различий. Но нам стоит приготовиться к грядущим открытиям в этой области.

Геномика неравенства

Смешение, породившее новые популяции, началось с самого момента прибытия на Американский континент Христофора Колумба. В этом смешении оказались задействованы европейские колонисты, их черные рабы и индейское население Америк, ранее полностью изолированные друг от друга.

Эксплуатировать африканцев оказалось проще, чем коренное население. Оторвав их от родного дома и языка, разрушив культурные связи, европейцы сильно затруднили возможности бунта и революций. К тому же выяснилось, что жители Африки менее восприимчивы к болезням, которые принесли с собой европейские завоеватели.

Геномная революция показала, что в мире мало изменений. Смешения далеко разошедшихся групп происходили в нашем прошлом постоянно, выравнивая самые разные популяции. При этом центральным мотивом смешения были союзы мужчин из одной популяции, обладающих социальной властью, с женщинами из другой популяции.

Геномный след

Один мужчина может иметь гораздо больше детей, чем одна женщина, и эффект этой биологической разницы усиливается социальными факторами. Получается, что облеченные властью мужчины гораздо сильнее влияют на генофонд, чем могущественные женщины.

Так, доказано, что небольшое число правящих мужчин монгольского периода внесло огромный, несоразмерный вклад в геномы множества сегодняшних восточных евразийцев. Такие генеалогические ветви назвали «звездными кластерами», желая подчеркнуть, что его родоначальниками стали всего лишь несколько знатных и плодовитых мужчин. Судя по хронологии событий, ими могли быть Чингисхан и его потомки. Анализ «звездных кластеров» дает объективную информацию о значимости правящих личностей в условиях крайнего неравенства в разные моменты истории человечества.

В человеческой истории часто знатные мужчины сосредотачивали в своих руках столько власти, что получали доступ к большому числу женщин, а также передавали набранный социальный престиж своим сыновьям и внукам. В итоге те оказывались в более выигрышном положении и копии их Y-хромосом множились в поколениях, углубляя свой генетический след.

Половой сдвиг в смешанной популяции

Популяции могут взаимодействовать по-разному. Это может быть:

• оккупация;

• миграция отдельной группы населения в другие земли;

• совместная демографическая экспансия разных групп на одну и ту же территорию;

• торговля и культурный обмен.

В межпопуляционных отношениях часто видна асимметрия. Она отражается в брачных союзах женщин из одной популяции и мужчин из другой.

94 % мужчин Колумбии, которая в XVI–XIX веках находилась в относительной изоляции от остального мира, имеют Y-хромосому европейского типа, при этом митохондриальная ДНК у них на 90 % индейская. Это говорит о том, что социальный выбор работал против местных мужчин. Европейцы сходились с индейскими женщинами – насильно или же предлагая им некоторые преимущества. За первой волной следовали все новые волны приезжих мужчин – так пропорция европейского наследия увеличивалась во всех частях генома, за исключением митохондриальной ДНК. Приезжих женщин было намного меньше, поэтому их наследие также передавалось в меньшей степени.