Текст книги "Генетическая одиссея человека"

Важно, однако, что факт существования единственного предка, давшего начало всему сегодняшнему разнообразию, не означает, что в то время жил лишь один человек. Это значит лишь то, что потомки других людей, живших в то время, вымерли. Представьте себе прованскую деревню XVIII века, в которой живет десять семей. У каждой из них – собственный рецепт приготовления рыбного супа буйабес, но он передается устно только от матери к дочери. Если в семье – только сыновья, рецепт будет утерян. Со временем первоначальное число рецептов постепенно уменьшается, так как не всем семьям посчастливилось иметь девочек. И к нашему времени остался только один рецепт – la bouillabaisse profonde. Почему сохранился только он? По чистой случайности – в других семьях в какой-то момент попросту не было девочек, и их рецепты канули в Лету. Глядя на эту деревню сегодня, мы будем немного разочарованы отсутствием кулинарного разнообразия. Как все они могут есть один и тот же рыбный суп?

Разумеется, в реальном мире ни один рецепт не передается из поколения в поколение не меняясь в соответствии с вкусовыми предпочтениями хозяек. Еще один зубчик чеснока здесь, немного больше тимьяна там – и voila! – готов новый вариант, передающийся по материнской линии. Со временем эти вариации на тему супа найдут свое отражение в бульонных чашках – но тем не менее исчезновение первоначального рецепта будет продолжаться. Если мы заглянем в такую творческую деревню сегодня, мы увидим значительное разнообразие рецептов, но для них всех благодаря принципу Оккама все еще можно установить единственного общего предшественника XVIII века. Это и есть секрет митохондриальной Евы.

Через несколько лет результаты, полученные в 1987 году Канн и ее коллегами, получили развитие в более подробном анализе, и оба исследования указывали на два важных факта: что человеческое митохондриальное разнообразие сложилось в течение последних 200 000 лет и что камень был брошен в Африке. Так, за очень короткий промежуток времени (по крайней мере, с точки зрения эволюции) люди, покинув Африку, заселили остальной мир. В статистическом анализе этих работ были некоторые технические недостатки, но недавние более обширные исследования митохондриальной ДНК подтвердили и расширили первоначальные выводы. У всех у нас была африканская пра-пра-… -прабабушка, которая жила примерно 150 000 лет назад.

Дарвин в своей книге об эволюции человека «Происхождение человека и половой отбор», написанной в 1871 году, отмечал, что «млекопитающие, живущие в каждом большом регионе мира, связаны близким родством с ископаемыми видами того же региона. Поэтому возможно, что в Африке в прошлом обитали ныне вымершие виды человекообразных обезьян, близкие к горилле или шимпанзе. Поскольку эти два вида стоят ближе всех к человеку, то вероятнее всего наши древние прародители жили на африканском континенте, а не в каком-либо другом месте». В некотором смысле это утверждение невероятно дальновидно, поскольку большинство европейцев XIX века поместили бы Адама и Еву в Европу или Азию. А в каких-то отношениях это вполне тривиально: поскольку обезьяны возникли около 23 млн лет назад в Африке, то, вернувшись в глубь веков в конечном итоге, мы неизбежно наткнемся на наших предков на этом континенте. Ключевой момент – датировка этого события, вот почему эти генетические результаты были настолько революционными.

Антропологи, такие как Карлтон Кун, утверждали, что человеческие расы возникли от обезьяноподобных предков во многих частях света в процессе изолированного видообразования. Эта гипотеза известна как мультирегионализм и продолжает существовать в некоторых антропологических кругах и сегодня. Основная идея заключается в том, что древние гоминидные (человекообразные) виды мигрировали из Африки в течение последних нескольких миллионов лет, обосновавшись вначале в Восточной Азии, и эволюционировали в современных людей in situ, что привело к созданию рас, классифицированных Куном. Чтобы понять, почему эта теория получила столь широкое признание, мы должны на некоторое время оставить в стороне ДНК и разобраться с древними костями.

Голландская доблесть

Линней назвал наш вид Homo sapiens (что в переводе с латинского означает «человек разумный») из-за нашего уникального хорошо развитого интеллекта. Однако уже в XIX веке было известно о существовании в прошлом других видов гоминид. Например, в 1856 году в долине Неандерталь в Западной Германии был обнаружен череп. В додарвинской Европе его считали останками неправильно сформированного современного человека, но позднее оказалось, что в районе его обнаружения был широко распространен вид древних гоминидов, названный по месту его находки неандертальским человеком. Это был первый научно признанный предок человека, ставший реальным доказательством того, что гоминидная линия развивалась с течением времени. Конец XIX века ознаменовался настоящей гонкой в поисках других «недостающих звеньев» между человеком и обезьяной. И в 1890 году один врач, работавший на острове Ява на голландскую Ост-Индскую компанию, сорвал джек-пот.

Эжен Дюбуа был одержим идеей эволюции человека, и его пребывание на Дальнем Востоке в качестве врача было на самом деле частью тщательно продуманного плана быть ближе к тому месту, которое он считал колыбелью человечества. Дюбуа родился в 1858 году в Голландии, в городе Эйсден, учился в медицинской школе, где специализировался на анатомии. В 1881 году он был назначен на должность ассистента Амстердамского университета, однако академические порядки и иерархия угнетали его, и в 1887 году он упаковал свои пожитки и убедил жену отправиться с ним на поиски останков гоминидов.

Дюбуа считал ближайшими родственниками человека гиббонов, человекообразных обезьян, обитающих исключительно на островах Индо-Малайского архипелага. Причиной тому были строение их черепа (отсутствие массивного костистого гребешка и более плоская, чем у остальных человекообразных обезьян, лицевая часть черепа) и их способность передвигаться иногда на задних конечностях. Оба эти факта ему казались разумным основанием для поиска «недостающего звена» в Юго-Восточной Азии. Результатами его первых раскопок на Суматре были лишь относительно недавние останки современных людей, орангутанов и гиббонов, но когда он обратил свое внимание на остров Ява, ему улыбнулась удача.

В 1890 году, изучая окаменелости на берегу реки Триниль, в центральной части Явы, Дюбуа нашел верхнюю часть довольно древней черепной коробки. Он посчитал ее останками вымершего вида шимпанзе, известного как антропопитек (Anthropopithecus), хотя в этом трудно было быть уверенным по причине отсутствия для сравнения хорошей анатомической коллекции (все-таки он жил в отдаленном колониальном поселении). Однако найденная в следующем году в этом же районе бедренная кость заставила посмотреть на этот образец в совершенно новом свете. Эта кость определенно принадлежала не лазающим по деревьям шимпанзе, а скорее прямоходящему виду. Расчеты объема найденной черепной коробки, иначе говоря, размера мозга, в сочетании с прямой осанкой заставили Дюбуа коренным образом изменить свое мнение. Он назвал этот новый вид Pithecanthropus erectus, что в переводе с латинского означает «обезьяночеловек прямоходящий». Это и было тем «недостающим звеном», которое все искали.

Основное возражение по поводу открытия Дюбуа (которое оспаривалось в течение следующего десятилетия и на научных конференциях, и в публикациях) заключалось в том, что не было доказано, что и череп, и бедренная кость (а также зуб, который был найден позже в том же месте) принадлежали одной и той же особи. Они были найдены в разное время, и не было известно, извлечены они из одного или из разных слоев почвы. Последующие находки питекантропа показали, что тринильская бедренная кость скорее всего принадлежала современному человеку. А зуб вполне мог быть зубом какой-нибудь обезьяны. Несмотря на это и на ошибочное утверждение Дюбуа, что найденные останки доказывают происхождение современных людей из Юго-Восточной Азии от гиббоноподобного предка, открытие тринильской черепной коробки было переломным событием в антропологии. Яванский обезьяночеловек несомненно был давно исчезнувшим предком человека, с объемом черепной коробки меньшим, чем у нас, но все же гораздо большим, чем у обезьян. Хотя Дюбуа и ошибался во многих отношениях, эту находку он сделал там, где и рассчитывал.

Поиск других останков гоминидов активизировался в начале XX века, и большая часть раскопок велась в Восточной Азии и Африке. Находки 1920–1930-х годов в Чжоукоудяне (Китай) окаменелостей, похожих на останки питекантропа, показали, что обезьяночеловек Дюбуа был широко распространен по всей Азии. В 1950-х годах было установлено, что чжоукоудяньский Sinanthropus (синантроп, пекинский человек), и Pithecanthropus (питекантроп, яванский человек) принадлежат к одному и тому же некогда широко распространенному, а ныне вымершему виду: Homo erectus. Но самые удивительные находки были сделаны в Африке, и первая из них – Раймондом Дартом в начале 1920-х годов.

В 1922 году Дарт был назначен профессором анатомии Витватерсрандского университета в Южной Африке. Должно быть, это назначение стало ударом для честолюбивого австралийского ученого (работавшего ранее в Великобритании), так как в то время «Витс» (сокращенное название Витватерсрандского университета) в научном плане был сонным царством. Тем не менее он приступил к основанию в недавно открытом университете кафедры анатомии, в частности к созданию коллекции анатомических препаратов. Он просил своих студентов присылать ему материалы, и после того как один из них в карьере Тунг близ Йоханнесбурга нашел окаменелый череп павиана, Дарт понял, что натолкнулся на что-то интересное.

До этого момента большинство окаменелых человеческих останков было найдено в Европе и Азии: неандертальский человек, пекинский человек, яванский человек – все они были обнаружены за пределами Африки. Однако в 1921 году в Северной Родезии (ныне Замбия) был найден череп, похожий на череп неандертальца, и это доказывало, что и в Африке обитали древние гоминиды. Прекрасно осознавая это, Дарт просил владельца карьера Тунг передавать ему все найденные образцы. То, что он нашел в первом ящике, прибывшем летом 1924 года, было, к его великой радости, самой древней из обнаруженных человеческих окаменелостей.

Когда он тщательно снял спрессованный слой мусора, накопившийся в течение тысячелетий в пещере Тунг, то обнаружил уставившееся на него обезьяноподобное лицо. Его небольшие размеры и сохранившиеся молочные зубы говорили о том, что это череп ребенка, а измерение его объема черепной коробки показало, что он был в пределах нормального диапазона для современных человекообразных обезьян – около 500 кубических сантиметров. Но странным в этой находке был размер клыков (гораздо меньше, чем у обезьян) и расположение затылочного отверстия, которое служит каналом для позвоночника при его соединении с черепом – оно было ориентировано вниз, как у современных людей, а не назад, как у обезьян. Обе эти особенности указали Дарту на то, что «младенец Тунг», как окрестили владельца найденного черепа, не был обычной человекообразной обезьяной. В 1925 году в своей статье Дарт утверждал, что этот череп представляет собой останки представителя нового вида, который ходил на задних конечностях и использовал орудия труда. Дарт назвал его Australopithecus africanus (австралопитек африканский, южно-африканская обезьяна). По словам самого Дарта, южно-африканская обезьяна стала «одной из самых значимых находок в истории антропологии». Это первое несомненное доказательство существования в Африке недостающего звена между обезьянами и людьми вызвало мощную волну исследований происхождения человека, которые через несколько десятилетий завершились всеобщим признанием африканского происхождения человечества. Однако большая часть этой работы была сосредоточена на регионе в нескольких тысяч милях от Тунга, в Восточной Африке.

Африканская Рифтовая долина является частью крупного геологического разлома, сформированного под воздействием огромных тектонических плит, образующих земную кору. Имея длину около 2000 километров, этот разлом тянется из Эритреи на севере до Мозамбика на юге, и его легко определить по расположенному вдоль него ряду озер, таких как Туркана, Виктория, Танганьика и Малави. Этот продольный разлом в последние 20 млн лет был бурлящим котлом, в котором вулканы, озера, горы и реки стремительно возникали и исчезали. По этой причине накопленные в течение миллионов лет геологические слои – почва, вулканический пепел, озерные отложения – то скрывались под новыми наслоениями, то вновь обнажались. И тут можно было обнаружить много интересного – надо было только хорошенько искать.

Луис Лики вырос в Кении. Сын английских миссионеров, выросший в деревне племени кикуйю, он всю свою жизнь провел в поисках ископаемых останков в долинах и руслах рек Рифтовой долины. И в 1959 году в ущелье Олдувай, на севере Танзании, его поиски принесли плоды. Приближался конец сезона полевых работ, выделенные на исследования средства заканчивались, и Луи со своей женой Мэри готовился к возвращению в Найроби. Однажды вечером на обратном пути в лагерь Мэри наткнулась на череп, оказавшийся на поверхности земли в результате недавнего камнепада. После трех недель кропотливой работы по его извлечению чета Лики вернулась в свою лабораторию, расположенную в Кенийском национальном музее. Детальный анализ этих останков показал, что они принадлежат австралопитеку, найденному в Восточной Африке раньше. Но поразил возраст слоя породы, окружавшей череп, определенный с помощью недавно разработанного радиоизотопного анализа, который применяют для расчета возраста геологических пород и археологических находок по скорости радиоактивного распада. Череп был погребен 1,75 млн лет назад. Это почти вдвое больше времени эволюции человека, принятого большинством ученых. И все же именно это было «недостающим звеном» между обезьяной и человеком. Научный мир был потрясен и воодушевлен. Значительная финансовая поддержка, полученная Лики и их коллегами после олдувайского открытия, позволили им в течение последующих тридцати лет найти в Рифтовой долине многочисленные останки австралопитеков.

Открытие южного обезьяночеловека в Восточной Африке указало путь к современным людям. Здесь совершенно необходим комментарий: в Олдувайском ущелье были найдены останки представителя рода Homo, получившего имя Homo habilis, или человек умелый. Возраст его древнейших костей и орудий труда оценивается как 2,3 млн лет назад. Возраст самых древних из обнаруженных окаменелостей Homo erectus оценивается примерно в 1,8 млн лет, и найдены они были в Восточной Африке (африканский вариант Homo erectus иногда называют Homo ergaster). Недавние открытия в средневековом городе Дманиси, расположенном на территории Грузии, показывают, что примерно в то же время Homo erectus покинул Африку и достиг Восточной Азии примерно за 100 000 лет. Из этого можно сделать вывод, что все представители вида Homo erectus имели общего предка, жившего в Африке около 2 млн лет назад. Однако согласно данным, полученным в Беркли по митохондриальной ДНК, Ева жила в Африке менее 200 000 лет назад. Как же согласовать эти два результата?

Все дело в расчете времени

Давайте отвлечемся на минутку и рассмотрим дело объективно. Доказательство африканского происхождения Homo erectus нельзя назвать безусловным – мы видим эволюционные «недостающие звенья» исключительно или в первую очередь в Африке. Они образуют непрерывную цепочку предков гоминидов, тянущуюся к недавно обнаруженной шимпанзеподобной обезьяне Ardipithecus, жившей более 5 млн лет назад. Но достаточно ли этого факта, чтобы сделать вывод, что Африка была родиной и нашего вида? Возможно, но ископаемые останки могут вводить в заблуждение. Представьте себе находку прекрасно сохранившегося скелета неандертальца на юго-западе Франции, чей возраст достоверно составляет 40 000 лет, и австралопитека в Африке, жившего 2 млн лет до него. Кто из этих двух вымерших гоминидов, разделенных миллионами лет и тысячами миль, может быть прямым предком современных европейцев? Как ни странно, выбор не очевиден. Как мы увидим далее в этой книге, современные европейцы почти наверняка не являются потомками неандертальцев (что бы вы ни думали о своем коллеге из соседнего офиса), тогда как южная обезьяна, как это ни удивительно, скорее всего и есть наш непосредственный предок. Камни и кости дают нам знания о прошлом, но они не могут рассказать нам о нашей генеалогии – только гены могут сделать это.

Таким образом, ответ на наш вопрос «Как примирить 200 000 и 2 млн лет?» таков: несмотря на наше с ним сходство, Homo erectus не эволюционировал в современного Homo sapiens в отдаленных уголках Земли параллельно и независимо. Кун был неправ. Из митохондриальных данных скорее напрашивается вывод о том, что люди современного типа возникли в Африке совсем недавно, а затем заселили остальной мир, сменив при этом наших двоюродных братьев – древних гоминидов. Это безжалостная игра, и только победители оставляют генетический след. К сожалению, Homo erectus, похоже, проиграл.

Как мы увидим далее, другие генетические данные подтверждают результаты, полученные по митохондриальной ДНК, и идею, что корень человеческого генеалогического дерева, то есть наш самый недавний общий предок, возраст которого нескольких сотен тысяч лет, находится в Африке. Согласно имеющимся генетическим данным наибольшее количество полиморфизмов обнаружено именно в Африке – на этом континенте вариабельность гораздо выше, чем где-либо еще. Образцы ДНК, принадлежащие максимально разошедшимся генетическим линиям, вы с большей вероятностью найдете в пределах одной африканской деревни, чем в остальной части земного шара. Большинство генетических полиморфизмов, найденных у нашего вида, находятся исключительно у африканцев – европейцы, азиаты и индейцы имеют лишь малую долю того чрезвычайного разнообразия, которое можно найти в любой африканской деревне.

Почему разнообразие указывает на больший возраст? Вспомним нашу гипотетическую прованскую деревню: почему рецепт супа буйабес менялся? Потому что в каждом поколении дочь решает немного улучшить его вкус. Со временем эти мелкие коррективы ведут к чрезвычайному разнообразию на деревенских кухнях. И что важно, чем дольше накапливаются изменения, тем разнообразнее совокупная кухня. Это как часы, тикающие в единицах розмарина и тимьяна – чем дольше тикают, тем больше различий мы видим. Это то же самое явление, которое Эмиль Цукеркандль обнаружил при изучении белков – большее количество времени равносильно большему количеству изменений. Таким образом, когда в одной из популяций мы видим большее генетическое разнообразие, мы можем сделать вывод о том, что эта популяция старше – и это делает африканскую популяцию самой древней.

Но действительно ли размещение корня нашего генеалогического дерева в Африке означает, что Кун был прав, полагая, что в эволюционном плане африканцы застыли в неком предковом переходном состоянии? Конечно, нет – все ветви генеалогического дерева изменяются с одинаковой скоростью как внутри, так и за пределами Африки. Следовательно, производные генетические линии существуют на каждом континенте. Вот почему мы видим большее разнообразие в Африке – каждая ветвь продолжает развиваться, накапливая дополнительные изменения. Одним из интересных следствий существования одного общего предка является то, что каждая линия потомков продолжает меняться с одной и той же скоростью, и поэтому все эти потомственные линии имеют один и тот же возраст. Время, отделяющее мою митохондриальную ДНК от ДНК Евы, точно такое же, как у африканского пастуха, тайского лодочника или бразильского охотника из племени яномами – все мы недавние потомки одной женщины, которая жила в Африке менее 150 000 лет назад.

Этот результат вызывает вопрос, где именно жила митохондриальная Ева, в каком уголке Африки был митохондриальный «Эдем»? В известном смысле это ложный посыл, так как мы знаем, что в то время по всей Африке жило множество женщин. Но мы можем переформулировать вопрос: какие африканские популяции сохраняют самые отчетливые следы наших генетических предков? Хотя разнообразие в Африке изучено отнюдь не исчерпывающе, картина такова, что древнейшие генетические линии находятся среди людей, живущих в Восточной и Южной Африке. Из этого мы можем сделать вывод, что эти популяции сохранили наибольшую митохондриальную связь с Евой, в то время как остальные по дороге потеряли некоторые из первоначальных генетических сигналов. Мы продолжим наши поиски Эдема в следующей главе, используя в качестве гида Адама, или, точнее сказать «Y-хромосомного Адама».