Текст книги "Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами"

Считается, что существенную роль в эволюции и распространении всех видов организмов по земле, в том числе и человека, играли циклические изменения климата, происходившие на нашей планете с интервалом в десятки тысяч лет. В периоды похолодания зоны обитания и численность животных сокращались, а в периоды потепления численность и разнообразие живых форм повышались, и разные виды расселялись на пригодные для жизни территории – из Африки в Азию и Европу. Всему этому удалось найти подтверждение при анализе геномов современных людей. Все новые и новые генетические данные постепенно проясняют более детально картину заселения людьми разных континентов, возникновения в разных регионах земли новых человеческих общностей. Хроника покорения человеком нашей планеты постепенно восстанавливается по многочисленным генетическим «уликам» (в первую очередь по снипсам).

Обследование митДНК и ДНК, содержащейся в Y – хромосоме, большого числа людей из различных районов мира привело к обнаружению свыше двух сотен полиморфных участков–маркеров, по которым в конечном итоге и шло сравнение. Совокупность изменений в маркерах отразила «молекулярную историю» миграции человека. В конечном итоге было выделено около двух десятков «пунктов назначения» движения миграционных волн, что позволило построить генеалогическое древо рода человеческого. Этому в значительной мере способствовало наличие уникальных групп маркеров, характерных для определенных географически и исторически изолированных популяций людей (таких, например, как Исландия и Япония).

В целом современные представления о процессе миграции человеческой популяции по Земле, полученные в результате анализа многочисленных снипсов в Y – хромосоме и митДНК, отражены на рис. 39 на цветной вклейке.

Рис. 39. Пути и время миграции человека на Земле, установленные по генетическим маркерам. Стрелки – направление миграции, разными цветами на стрелках обозначены времена миграции (из вкладки в журнале Nature, февраль, 2001 год).

Разные расы и народы возникли после разделения некой относительно однородной предковой популяции. В каждой из групп людей независимо произошли свои, весьма характерные для них мутации. Сравнительный анализ митДНК разных популяций ныне живущих людей позволил заключить, что в каменном веке предковая популяция разделилась по крайней мере на три группы, давшие начало африканской, монголоидной и европеоидной расам. Исследования этногенетиков указывают на отсутствие каких–либо генетических основ деления людей на расы. Люди, принадлежащие к разным расам, имеют очень маленькие различия в геномах. Тем не менее, эти небольшие, но весьма специфические различия между отдельными линиями митДНК могут служить указанием на монголоидное или европеоидное происхождение.

Согласно данным этногеномики, около 60—130 тыс. лет назад произошел выход человека из Африки в Азию. Первые переселенцы из Африки достигли Переднего Востока и около 60 000 лет назад заселили почти весь азиатский континент. 40—60 тыс. лет назад человек уже освоил земли Австралии, Америки и Европы.

По частотам древних типов мутаций в нуклеотидных последовательностях митДНК и ДНК Y – хромосом в разных европейских популяций человека удалось реконструировать несколько волн миграций людей в Старом Свете. Установлено, что первые переселенцы из Азии появились в Европе 40—50 тыс. лет назад в эпоху палеолита. Линии митДНК, попавшие в Европу с первой волной переселения, составляют сейчас значительную часть митДНК людей, населяющих территории от северо–запада Европы до Уральских гор. По митДНК определено, что у 80% европейцев было, по крайней мере, семь матерей–основателей и десять мужчин–предков. По данным англичанина Брайана Сайкса, приведенным в его книге «Семь дочерей Евы», все современные европейцы являются потомками семи дочерей «генетической Евы». Другие 27 женщин стали прародительницами всего остального населения Земли. И одна из них должна быть вашей прапрапра…прабабушкой. Вывод относительно числа мужчин–предков европейского населения был сделан большим интернациональным коллективом ученых, включающим и исследователей из России (во главе с профессором С. А. Лимборской), в результате масштабного анализа Y – хромосомы. В генофонде большинства европейских мужчин были обнаружены всего десять типов этой половой хромосомы. Таким образом, основная часть европейцев (около 80%) имеет прародителей, переселившихся в Европу из Центральной Азии или с Ближнего Востока еще в каменном веке (т. е. около 40 тысяч лет назад).

Конечно, утверждение о десяти праотцах и семи праматерях современных европейцев не следует понимать буквально. Во–первых, их было, безусловно, значительно больше (но оценить общее число пока трудно). Во–вторых, они, вероятно, вообще жили в разные эпохи. Ученые лишь утверждают, что среди всех людей, живших 40 тысяч лет назад, очень немногие имели вероятность оставить прямых потомков, доживших до наших дней. Элементарная статистика предсказывает (и об этом мы уже говорили), что чем больше поколений пройдет, тем меньше вероятность того, что конкретный род, обладающий определенной Y – хромосомой, сохранится. Ведь на протяжении многих поколений в одних семьях рождалось несколько мальчиков, а в других – ни одного. Результатом этого стало то, что один род (и одна разновидность Y – хромосомы) навсегда исчезал, а какой–то другой род (совершенно случайно) давал более многочисленное потомство. В конечном итоге неизбежно должен наступить момент, когда в конкретной популяции исчезнут все исходные фамилии, кроме одной. Похожий процесс можно наблюдать, например, в небольших изолированных поселениях, гда все жители могут носить одну фамилию.

Что же еще прочли генетики в Энциклопедии человека? Согласно современным генетическим данным, в начале последнего ледникового периода (около 24 тыс. лет назад) потомки древних людей, пришедших в Европу из Азии, нашли прибежища в разных уголках Европы. В результате этого образовались три изолированные эволюционные ветви: первая на территории нынешней Испании, вторая – на территории Украины, третья – на Балканах. Наиболее уникальной по генетическим характеристикам популяцией оказались баски. Сейчас считается, что они являются единственными современными представителями древнейших жителей Европы – кроманьонцев. Интересно, что выводы генетиков подтверждаются и некоторыми данными лингвистов, свидетельствующими об уникальности языка басков. В дальнейшем, примерно 16 тысяч лет назад, когда произошло таяние льдов, племена расселились по всей Европе: испанские племена двинулись на северо–восток, украинские – в Восточную Европу, а балканские так и остались в Центральной Европе. Вторая волна переселения народов в Европу соответствует продвижению неолитических земледельческих народов из мест зарождения земледелия (район Месопотамии) на север и запад Европы. В этом генетическая оценка совпала с археологическими данными: процесс скорее всего произошел во время неолита, примерно 7– 9 тыс. лет назад. Вот эти то переселенцы и добавили европейцам–мужчинам недостающие 20% генофонда (напомним, что 80% генофонда было получено еще в каменном веке). Наконец, еще одна волна миграции, которая соответствует экспансии греческой культуры, произошла в I тысячелетии до нашей эры. Как раз перед этим Моисей, согласно преданиям, вывел еврейский народ из Египта, а потом 40 лет водил его по пустыне.

Ученые продолжают изучать детали миграционных процессов, происходивших в истории человечества. И постепенно выяснилось еще много интереснейших фактов, которые удалось установить только благодаря исследованиям ДНК человека. Так, было определено, что полинезийцы скорее всего открыли Америку задолго до Колумба. К такому выводу пришли ученые в результате сравнения ДНК коренных жителей Самоа с ДНК индейских племен Южной Америки. В генетике людей, живущих за шесть тысяч километров друг от друга, обнаружилось заметное сходство. Вероятно, около 500 года новой эры мореплаватели из южной части Тихого океана, передвигаясь на парусных суденышках, достигли Америки. Какое–то время полинезийцы поддерживали торговые отношения с коренным населением континента. Подкрепляет эту теорию следующий негенетический факт: уже около 1000 года новой эры в Полинезии появляется батат, хотя этот клубнеплод был «официально» открыт лишь пять столетий спустя, когда в Америке побывал Колумб.

Так откуда же в конечном итоге пришли люди в Америку? И на этот вопрос уже получены первые ответы. Согласно данным анализа ДНК современных людей, прародителями первоамериканцев являются предки из Южной Сибири. Обнаружены многочисленные следы, оставленные в Y – хромосоме, связывающие население Америки с их отдаленными предками, жившими в районе Байкала. Сложнее обстоит пока дело с предками по женской линии. Но так или иначе генетики уже дали существенную подсказку, где искать истоки американизма – на территории современной России. (Теперь у американцев имеются «веские» основания претендовать на нашу Сибирь как на свою историческую родину!).

Исследуя мутации, которые проникли в ДНК Y – хромосомы, ученые могут оценить, насколько мужчины из двух этнических групп отдалены (в генетическом смысле) от нашего общего предка. Некоторые из полученных этим способом результатов оказались весьма удивительными. Например, выяснилось, что уэльсцы и англичане генетически почти не связаны между собой. (Может быть, в этом и кроется причина постоянных противоречий между ними). При этом только уэльсцы оказались истинными потомками бриттов (древних жителей Британии), а современные англичане оказались генетически наиболее близки к жителям Нидерландов, где ранее предположительно они и проживали.

Проведенные исследования ДНК дали много и других любопытных результатов. Так, всегда считалось, что путешествия есть прерогатива мужского пола. Однако, как показали анализы митДНК и ДНК Y – хромосом, женщины в те далекие времена мигрировали гораздо интенсивнее, чем мужчины. Этот факт можно объяснить, по–видимому, тем, что для большинства разнообразных человеческих сообществ всегда был характерен уход женщин после замужества в дом мужа. Таким образом, миграции женщин, связанные с браком, вероятно, оставили в геноме человечества не меньший, а, может быть, более заметный след, чем, скажем, исход евреев из Египта или все военные походы Александра Македонского.

Итак, без всяких археологических находок и исторических источников, а только лишь по ДНКовым текстам, содержащимся в ядерном и митохондриальном геноме современных людей, генетикам удается восстановить историю появления первых людей на Земле, описать пути их миграции, отследить глубокие родственные связи между разными расами, народами и нациями. Отсюда следует важный вывод: природа сохранила в нашей ДНК единственный достоверный сотневековый летописный текст.

Анализ нуклеотидных последовательностей геномов позволяет разными методами оценивать степень родства между разными популяциями ныне живущих людей. Осуществляют это, например, по специальным картам, на которые нанесена информация о распределении частот вариаций сотен вариантов (аллелей) генов в разных регионах Земли. Такие карты называют иногда «генетическими ландшафтами», а сам подход – геногеографией. Слово география по–гречески обозначает «землеописание». Описывать территорию можно по разным критериям. Так, рельеф земной поверхности описывает физическая география, размещение государств на земле – экономическая, территориальное распространение языков – линг–вическая. География генома изучает и описывает территориальное распространение различного рода структурных особенностей генома индивидуумов. Сам термин геногеография был предложен российским ученым А. С. Серебровским в 1928 году задолго до появления программы «Геном человека». Тогда же было введено понятие «генофонд», обозначающее совокупность генов у особей популяции, занимающей отдельную административную или национальную территорию. Однако начало геногеографии было положено по сути дела еще раньше, благодаря работам Н. И. Вавилова по изучению географических закономерностей в распределении генов культурных растений и выявлению генетических центров их происхождения. Уже тогда пришло понимание того, что эволюционный процесс, до того рассматриваемый лишь во времени, необходимо изучать и как географический процесс возникновения разнообразия генов в определенных центрах с последующим распространением их по периферии.

Современная геногеография основывается на изучении и сравнении полиморфизма генома человека в разных популяциях людей. С помощью построения генетических карт она позволяет определять генетические расстояния между разными существующими на нашей планете группами людей и на этом основании вычислять время их разделения в ходе эволюции, то есть позволяет воспроизводить сюжеты из истории человечества. Картографический метод исследования в геногеографии создает специальные карты, которые отражают результаты генетических процессов, возникающих в ходе формирования и развития народонаселения и их взаимодействия со специфической географической средой обитания. На рис. 40 на цветной вклейке в качестве примера приведена одна из таких карт.

Рис. 40. Карта географической изменчивости в населении Старого Света частоты гена CCR5delta32, который обуславливает устойчивость людей к инфицированию вирусом иммунодефицита человека. Цветовой переход соответствует изменению значений частоты (указан в шкале интервалов). Карта выявляет четкую клинальную изменчивость: падение частоты мутации от Северной Европы (выше 15 %) к югу и востоку. Так, если в Европе в целом частота мутации превышает 5 %, то в Африке южнее Сахары и Восточной Азии мутация отсутствует. (Карта любезно предоставлена доктором биологических наук Е. В. Балановской).

Это интересное направление исследований сейчас интенсивно развивается во всем мире и особенно бурно в многонациональной России с ее многочисленными этническими группами. Чем, например, отличаются башкиры от славян? А монголы от турок? Удмурты от грузин? То, что они говорят на разных языках, знают все. А вот каковы ДНКовые различия между ними? Оказывается, что, хотя раз личия в геномах представителей разных этнических групп чрезвычайно незначительны, они абсолютно достоверны. Поэтому можно в ДНК выделить определенный «рисунок» последовательности нуклеотидов, который будет говорить о том, что этот человек – башкир, а этот – татарин. На базе этих фактов российские ученые показали, например, что русские, и в целом славяне, очень близки к западноевропейцам, но очень далеки, например, от монголов и китайцев. Это не соответствует существовавшим долгое время подозрениям, что после татаро–монгольского ига русские как нация могли сильно «загрязниться». По нашей ДНК этого совсем не видно. Среди русских, населяющих центральные области Европейской части нашей страны (Рязанской, Курской и Калужской областей), 97– 98% материнских линий являются европеоидными, и лишь 2—3% составляют монголоидные. В Волго–Уральском регионе столкнулись две волны расселения: европеоидная и монголоидная. Следы этого также хранят наши геномы. Согласно записанным в них «преданиям», у всех современных народов, населяющих этот район, кроме башкир, по материнской линии преобладает европеоидный тип. Но по мере продвижения с запада на восток происходит уменьшение численности европеоидов и увеличение монголоидов.

Европеоидные линии преобладают и у народов финно–угорской языковой группы (мари, удмурты, коми), и у тюркоговорящих народов, проживающих в этом регионе. Так, 85% татар по материнской линии европеоидные, а таковых чувашей аж 90%. Монголоидные линии составляют 65% только у их восточных соседей, башкир. Это означает, что современная граница расселения европеоидов и монголоидов географически проходит примерно по Уралу, а популяци–онно–генетическая – между башкирами, обитающими по обе стороны Уральского хребта, и их западными соседями – татарами. Интересно, что наблюдаемая картина далеко не всегда коррелирует с языком этих народов.

Благодаря геногеографическому изучению генофонда порой обнаруживаются поразительно интересные факты. Так выяснилось, что славяне близки по материнской линии к нашим западным соседям: немцам и угро–финнам. Весьма принципиальны генетические исследования, которые проливают свет на извечный вопрос о родстве евреев и арабов. Анализ генетического материала Y – хромосом у мужчин в этих популяциях позволил заключить, что, несмотря на теперешние различия, у арабов, евреев, сирийцев, палестинцев и ливанцев был единый предок, живший в Средней Азии примерно четыре тысячи лет назад. Не зря, видимо, в библейских преданиях речь идет об Аврааме, родоначальнике евреев и арабов, а в мусульманской мифологии говорится об Ибрахиме – общем праотце этих двух народов.

К огромному сожалению, пока что эти объективные генетические данные (нередко совпадающие с мифами и легендами) реально очень мало чем помогли в вопросе взаимоотношений рас и народов. Зачастую одно государство идет войной на другое, где живут их почти генетические братья. Возьмите хотя бы постоянные войны между англичанами и ирландцами, французами и немцами, хорватами и сербами, евреями и палестинцами. Одумайтесь, братья!

Продолжая рассказ о достижениях современной этногеномики и геногеографии человека, следует привести еще один недавний, но очень показательный пример. Английский исследователь Б. Сайкс (Sykes) решил просто так, наудачу, проверить ДНКовые тексты микросателлитов Y – хромосомы своих многочисленных однофамильцев. Для этого, не мудрствуя лукаво, он просто использовал имевшиеся под рукой телефонные справочники г. Йорка и графств Чешира и Ланкашира. (Хотя выбор Сайкса был вообще–то совершенно случаен, комментаторы в дальнейшем отметили, что он у них ассоциирует с некоторыми историческими фактами – с войной между династиями Ланкастеров и Йорков, известной как война Алой и Белой роз, и со знаменитым чеширским котом. Но дело совсем не в этих ассоциациях.) Сайкс получил результат, который поразил даже его самого (не говоря уж о многих других ученых): почти у половины случайно отобранных однофамильцев имелось полное сходство в снипсах ДНК. Это однозначно указывает на то, что все они произошли скорее всего от единого предка. Ученый даже не мог себе представить, что у него такое огромное число родственников. Это значит, что 700 лет назад, когда в Англии появились фамилии, род Sykes был локализован на одной площади. Дальнейшие исследования показали аналогичную пропорцию и для других имен. А ведь и у нас с вами ситуация, по–видимому, во многих случаях именно такая же.

По результатам исследований, проведенных Сайксом, удалось сделать еще один очень любопытный вывод: супружеская измена, и как следствие этого невозможность для ребенка узнать своего истинного отца, не так распространены, как теоретически предполагалось. Ранее вероятность этого оценивалась в 5—10 процентов, работа по роду Sykes дала цифру всего около 1 процента.

Сегодня уже любой желающий может проследить свое происхождение как по отцовской, так и по материнской линям. Для этого в Англии существует специальная фирма Family Tree DNA ( www.familytreedna.com ). Чтобы удовлетворить свое любопытство, достаточно заплатить 150 фунтов и прислать несколько капель собственной крови. Взамен вы получите расшифровку определенного фрагмента ДНК, полную информацию о вашей прародительнице и карту, обозначающую ваше место на генеалогическом древе человечества. Многие уже этим воспользовались, в результате чего обзавелись новыми многочисленными родственниками.

Информация, содержащаяся в Энциклопедии человека, порой удивительным образом совпадает с известными преданиями и легендами. Например, одно из древних преданий гласит, что все монголы произошли от трех матерей. И анализ митДНК, наследующейся только по материнской линии, показал, что большая часть населения Монголии по генетическим характеристикам очень четко разделяется на три группы. Возможно, здесь имеет место просто случайное совпадение, но подобного рода результаты воодушевляют ученых на все новые и новые крупномасштабные исследования.

Во все этом просматривается еще одна аналогия между ДНКовым текстом и языком человека. Из лингвистики известно, что развитие языка как средства общения людей регулируется двумя противоборствующими процессами: дивергенцией (расхождением, дифференциацией) и конвергенцией (схождением, интеграцией). Первый из них происходит при распаде некогда единого языкового коллектива и ведет к накоплению языковых различий, проявляющихся в образовании диалектов. Напротив, в случае объединения племен (например, при формировании государства) неизбежно начинается интеграция диалектов. Оба этих процесса происходят и при эволюции генома. Они хорошо просматриваются при анализе геномов разных популяций человека. Диалекты в языке – это снипсы и полиморфизм генов в геноме. В ходе эволюции в геномах изолированных групп людей накапливаются разные снипсы, происходит дивергенция геномов. При объединении этих групп в их геномах появляются сходные полиморфизмы–диалекты. Более того, лингвистическая география уже давно оперирует диалектными картами, весьма схожими с геногеографическими картами.

Итак, сейчас стало окончательно ясно, что человечество получило в свое распоряжение надежный и воспроизводимый метод «гено–хронологии». Конечно, все это чрезвычайно интересно не только для генетиков, историков и политиков, но и для обычного читателя. Здесь кроется ключ к решению многих проблем, таких, как поиск причин различных наследственных заболеваний, индивидуальной восприимчивости к лекарствам, выяснению роли мутантных генов во взаимодействии организма человека со средой обитания и многих других. Такой подход связывает геномику с историей, лингвистикой, токсикологией, археологией, палеонтологией, этнографией.