blog.iakovlev.org
  11.06.2020

Генетика и человек

Неандертальцы

Неандерта́лец, человек неандертальский (лат. Homo neanderthalensis или лат. Homo sapiens neanderthalensis), в советской литературе также носил название палеоантроп — вымерший или ассимилированный представитель рода людей. Некоторые учёные считают неандертальца подвидом Homo sapiens, другие — отдельным видом рода Homo, поэтому до сих пор сохраняется два латинских названия. Возраст останков наиболее ранних неандертальцев (пра—неандертальцев) — около 500 тыс. лет, окончательно сформировались, как вид, около 130—150 тыс. лет назад, последние неандертальцы жили около 40 тысяч лет назад, сосуществовали в Европе с Homo sapiens в течение 5 тысяч лет: с 45 тысяч лет до 40 тыс. лет назад. Неандертальцы населяли Европу и среднюю Азию. Название «неандерталец» происходит от долины Неандерталь в Германии, где был найден череп одного из представителей.

На сегодняшний день доказано, что неандертальцы не являются прямыми предками современных людей. Их общий предок ещё точно не установлен, его относят либо к человеку-предшественнику, либо к гейдельбергским людям Африки. Древнейшие останки гейдельбергских людей, мигрировавших в Европу, имеют возраст 0,8 млн лет, следовательно, около миллиона лет линии неандертальцев и сапиенсов развивались независимо. В более поздний период (135—35 тысяч лет назад), возможно, происходила метисация неандертальцев и сапиенсов, появившихся в Европе позже. У современных представителей европеоидной и монголоидной рас около 2 % генов – неандертальские, у африканцев — 0,3 %.

Неандертальцы были ниже и шире в плечах, чем современные люди, при этом обладали бо́льшим объёмом мозга и, возможно, владели речью. Средняя продолжительность жизни составляла 20 лет. Неандертальцы изготавливали орудия труда, такие как деревянные копья, обожжённые на конце или с каменными наконечниками, скребки, рубила. Они активно использовали огонь. Питались, в основном, мясом, хотя употребляли в пищу и растения, кроме того, археологические исследования выявили два случая применения лекарственных растений. У неандертальцев известны случаи заботы о нетрудоспособных членах своей группы, имеются подобия захоронений, но достоверных подтверждений каких-либо погребальных культов, ритуалов, обозначения могил у неандертальцев не обнаружено.

Изначально немногочисленные неандертальцы могли смешиваться с представителями более многочисленных популяций: с денисовцами, возможно, с кроманьонцами, как интерпретируют результаты генетических исследований их авторы. Но некоторые генетики предполагают, что наличие у современных людей генов неандертальцев и денисовцев могло появиться не в результате их гибридизации, а от полиморфизма генов их общего предка, с которым эволюционные ветви современных людей, неандертальцев и денисовцев разошлись ранее 700 - 765 тыс. лет назад.

Неандертальцы обладали невысоким ростом (160—163 см у мужчин), массивным телосложением и большой головой по-звериному вытянутой формы. По объёму черепной коробки (1400—1740 см³) они даже превосходили современных людей. Их отличали мощные надбровные дуги, выступающий широкий нос и очень маленький подбородок. Шея короткая и как будто под тяжестью головы наклонена вперёд, руки короткие и лапообразные.
Анализ костного строения показывает, что дети неандертальцев выглядели как маленькие взрослые. Средняя продолжительность жизни неандертальцев была невелика и составляла в среднем 22,9 года. По данным французского антрополога А. Валуа и советского антрополога В. П. Алексеева, из 39 неандертальцев, черепа которых дошли до нас и были изучены, 38,5 % умерли в возрасте до 11 лет, 10,3 % — в возрасте 12—20 лет, 15,4 % — в возрасте 21—30 лет, 25,6 % — в возрасте 31—40 лет, 7,7 % — в возрасте 41—50 лет и только один человек — 2,5 % — умер в возрасте 51—60 лет.

В 2009 году исследователи расшифровали большую часть ископаемой ДНК неандертальца из кости бедра скелета неандертальца из пещеры Виндия в Хорватии, а также из других костей, найденных в Испании (Эль-Сидрон), России (Мезмайская пещера) и Германии (Фельдхофер. До исследований в испанской Атапуэрке, древнейшим неандертальцем, из которого удавалось извлечь генетическую информацию, был человек из итальянской Альтамуры, живший 130,1—172 тысячи лет назад. Анализ митохондриальной ДНК показал, что дивергенция западного (германского) и восточного (кавказского) неандертальцев произошла 151 000—352 000 лет назад. Неандертальцы вымерли, не передав свой тип мтДНК современным людям (по исследованиям 2009 года). В 2010 году в журнале Science появилась статья с результатами расшифровки генома неандертальца, жившего в Денисовой пещере 50 тыс. лет назад. В геномах последних европейских неандертальцев из пещер Виндия, Мезмайская, Гойе и Ле-Котте, живших около 45—39 тыс. лет назад, уже после прибытия сапиенсов в Европу, не найдено примеси генов кроманьонцев. Сравнение геномов поздних неандертальцев с геномом более древнего неандертальца с Кавказа, показало, что к концу истории неандертальцев, вероятно, произошёл оборот неандертальского населения либо на Кавказе, либо по всей Европе. Основная часть потока неандертальских генов в ранних современных людях происходила из одной или нескольких исходных популяций, которые разошлись с последними неандертальцами не менее 90 тыс. л. н. (до отделения линии Mezmaiskaya ), но после того, как они откололись от неандертальца из Сибири (Altai Neandertal) примерно 150 тыс. лет назад.

Геном неандертальца по размеру близок к геному современного человека. Учёным удалось восстановить 63 % неандертальского генома (2 миллиарда пар нуклеотидов, если исключить повторяющиеся фрагменты), а оставшиеся 37 % его длины (1,2 миллиарда пар нуклеотидов) ещё не выявлены. Предварительные результаты показывают, что ДНК современного человека и неандертальца идентичны приблизительно на 99,5 %.
Секвенирование Y-хромосомы неандертальца из пещеры Эль-Сидрон показало, что в Y-хромосоме современного человека нет неандертальских фрагментов ДНК, в отличие от остальной части генома. Предположительно, это связано с тремя мутациями в генах, отвечающих за иммунную систему в неандертальской Y-хромосоме, которые могли вызывать отторжение плода мужского пола у женщины другого вида.

Генетики, проанализировавшие общие мутации для народов Африки с одной стороны, и для неандертальцев и денисовцев с другой, пришли к выводу, что популяция предков неандертальцев и денисовцев, покинувших Африку, была крайне небольшой. После исхода их общих предков из Африки примерно 744 тысячи лет назад, всего через 300 поколений линии неандертальцев и денисовцев разделились, и после этого они крайне редко контактировали друг с другом — число мутаций, характерных только для неандертальцев и денисовцев, было очень небольшим и не превышало 20 % от их общего числа.

В 2006 году началась работа по восстановлению полного генома неандертальцев (не только мтДНК). Сравнение вариаций в геномах современных людей и неандертальцев, позволило вычислить время существования последнего общего предка двух видов и соответственно, время их расхождения. По данным изучения ядерной ДНК обитателей испанской пещеры Сима де лос Уэсос в Сьерра-де-Атапуэрка, живших 400 тыс. л. н., денисовцы и неандертальцы разделились около 500 тыс. лет назад, а их общий предок разделился с эволюционной линией Homo sapiens ранее 700—765 тыс. лет назад. По Y-хромосоме время разделения линий неандертальцев и современного человека оценили в 588 тыс. лет назад (95 % доверительный интервал: 447—806 тыс. лет назад). Анализируя мелкие различия в структуре зубов и их эволюцию, исследователи пришли к выводу, что линии кроманьонцев и неандертальцев могли разойтись между 900—800 тыс. лет назад.

Получены антропологические и генетические подтверждения смешения между неандертальцами и современными людьми. В 2009 году профессор Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге сообщил на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки об успешном прочтении ядерного генома неандертальца. Первоначально каких-либо признаков гибридизации кроманьонцев с неандертальцами не удалось обнаружить. Однако уже к маю 2010 года типичные для неандертальцев аллели генов были найдены в геномах ряда представителей популяций современных людей. Скрещивание было зафиксировано и, вероятно, произошло вскоре после миграции предков современного человека из Африки, то есть на территории Ближнего Востока, поскольку у трёх человек из разных регионов мира, за исключением Африки южнее Сахары, пропорция генов неандертальца примерно одинакова. 1—2,6 % генома современных неафриканцев — это гены неандертальцев, при этом европейцы несут немного меньше неандертальских генов (2,4 %), чем азиаты (2,6 %). В ДНК африканцев йоруба, пигмеев-мбути обнаружено 0,3—0,7 % неандертальских генов, у племени тубу в Чаде ~ 0,5 %, у народа амхара в Эфиопии ~ 1 % неандертальских генов. С помощью метода IBDmix удалось определить, что во всех геномах современных людей из проекта 1000 геномов, включая африканцев, имеются гены неандертальцев (количество ДНК неандертальцев у азиатов — 55 мегабаз (Мб) или 1,8%, у европейцев — 51 Мб или около 1,7%, у африканцев — около 17 Мб или 0,3% от их генома, тогда как предыдущие выводы обнаруживали у африканцев значительно меньше мегабазы — в пределах от 0,026 Мб у народа ишан до 0,5 Мб у народов лухья). Африканцы делят 7,2% своей неандертальской примеси исключительно с европейцами, что значительно выше, чем 2%, которые африканцы делят исключительно с жителями Восточной Азии. Это делает Европу более вероятной территорией, из которой у африканцев появились неандертальские гены в результате обратных миграций древних европейцев в Африку[96]. Исследование ДНК восточных (алтайских) неандертальцев и современных жителей Африки выявило, что генетический материал алтайских неандертальцев содержит в себе небольшое число африканских мутаций — примерно 5 % генов, которых нет у европейских неандертальцев. Это говорит о том, что алтайские неандертальцы могли скрещиваться с анатомически современными людьми свыше 100 тысяч лет назад.

В 1856 г. немецкие рабочие нашли в одном из карьеров их первые ископаемые остатки. Тогда ученые предположили, что это были тяжеловесные люди с выдающимися надбровными дугами. К началу XX в. в Европе нашли много неандертальских костей. Рассматривая их, можно представить себе неуклюжего дикаря: «огромная голова, посаженная на короткое и толстое туловище с очень короткими, толстыми и крепкими конечностями; плечи широкие и сутулые». Даже кисти рук неандертальцев казались огромными и грубыми, в них не было «аккуратного зазора между большим и указательным пальцами, характерного для современных рас».

Всему этому совершенно не соответствовали их гигантские черепные коробки. Если неандертальцы были грубыми недолюдьми, то у них не должно было быть такого же крупного мозга, как у современного человека. Некоторые ученые обошли это затруднение, проигнорировав размер мозга и сделав акцент на его форме. Они заявили, что «в мозге неандертальца отсутствует высшая организация, свойственная более поздним людям», особенно это касалось префронтальной коры, «в которой находится представительство высших способностей».

Однако неандертальцы не просто так вдруг исчезли. Существует такая точка зрения, что их уничтожили кроманьонцы. Кроманьонцы были намного более развитой расой, мозг которой способен к порождению идей, рассуждению, воображению; той, что наделена художественными чутьем и талантами сильнее, чем любая другая когда-либо открытая нецивилизованная раса». По сути именно такое превосходство кроманьонцев позволило им главенствовать в Европе. У них было оружие, которое вкупе с замечательными интеллектом и телосложением составило их очень большое преимущество по сравнению с неандертальцами.

Шестьсот тысяч лет назад представители одной из ветвей гоминин в процессе эволюции приобрели такие рост и размер мозга, которые свойственны нам и сейчас. Они изготовляли сложные орудия, превосходящие те, что умели делать более ранние виды. Они были уже не просто гомининами, их по справедливости мы можем называть людьми. Некоторые древние люди остались в Африке и впоследствии образовали наш вид, Homo sapiens. Другие расширили свой ареал за пределы Африки, постепенно адаптируясь к жизни на других континентах. Эта странствующая популяция и стала в итоге неандертальцами.

Последние исследования неандертальцев значительно улучшили их репутацию. Палеоантропологи обнаружили кости неандертальцев далеко за пределами Европы – на Ближнем Востоке и в Сибири. На протяжении более 300 000 лет они жили на территории размером с Австралию, включавшей в себя и горы, и луга, и леса. Рацион неандертальцев был весьма разнообразен. Помимо охоты на крупную дичь те неандертальцы, что жили на побережье, ловили рыбу и даже дельфинов, а также собирали мидий. Они умели посредством нагревания делать из березовой смолы клей для прикрепления каменных остриев к деревянным древкам копий. Неандертальцы раскрашивали свои тела красной охрой и носили украшения из орлиных когтей. Они выкладывали огромные круги из сталагмитов глубоко внутри пещер, возможно, используя их как подземные святилища для проведения своих обрядов.

Однако все эти свежеоткрытые нами способы приспособления неандертальцев к жизни им не помогли – они исчезли. Самым поздним неандертальским стоянкам 40 000 лет. Частичную роль в их исчезновении мог сыграть наш собственный вид, после того как некоторые африканцы расселились в Европу и Азию. Иногда в ходе этих миграций люди современного типа попадали на территорию неандертальцев, и тогда в течение тысяч лет в этих местах проживали оба вида.

Исследователи выяснили, что неандертальцы отличались друг от друга, но их изменчивость была меньше, чем у современных людей. Стало ясно, что они представляют собой отдельную ветвь человечества, жившую небольшими группами и характеризовавшуюся малым генетическим разнообразием.

Когда люди современного типа выходили за пределы Африки и расселялись по всему Старому Свету, они должны были скрещиваться с неандертальцами . Пэабо с коллегами определил, что у каждого современного неафриканца можно найти 1–4 % генов, полученных от неандертальцев. Получается, что сейчас на Земле ДНК неандертальцев больше, чем когда жили они сами.

У африканцев оказалось от 0,08 % до 0,34 % неандертальской ДНК, вероятно, из-за миграции людей с Ближнего Востока вглубь континента. У неафриканцев эта доля составляла от чуть более 1 % до 1,4 %. Обнаруженный разброс оказался гораздо уже, чем первоначальные 1–4 %. При этом внутри каждой популяции различия между людьми были крайне малы. У жителей Центральной Европы нашли в среднем 1,17 % неандертальской ДНК плюс-минус всего 0,08 %.

Даже если некоторые люди действительно несли вдвое больше неандертальской ДНК, чем другие, это не делало их бóльшими неандертальцами, ведь «неандертальскость» – это не пряность, которой приправили наш геномный суп. У современных людей с неандертальской ДНК есть тысячи ее фрагментов, разбросанных мейозом по хромосомам. Большинство из этих участков, вероятно, вообще ничего не делают. Гены, которые кодируют наши белки, составляют лишь около 1 % генома человека. Возможно, еще несколько процентов приходится на гены, кодирующие важные молекулы РНК. Еще на некоторых участках ДНК могут быть расположены миллионы крошечных генетических переключателей, где прикрепляются белки – транскрипционные факторы, чтобы включать и выключать гены. Но скорее всего, подавляющее большинство участков ДНК человека не выполняет никакой функции. Эти кусочки там просто за компанию. Появление неандертальского участка вместо человеческой версии этой так называемой мусорной ДНК не должно играть никакой роли.

Некоторая часть унаследованной нами неандертальской ДНК потенциально может иметь значение, если содержит важные гены или участки, которые помогают включать и выключать гены. Однако у разных людей фрагменты неандертальской ДНК, которые сохраняются в геноме, различны. Каким бы ни было влияние нашего неандертальского наследия, оно будет зависеть от конкретных генов, которые каждый из нас получил.

Люди и неандертальцы скрещивались неоднократно на протяжении периода, растянувшегося, возможно, на 200 000 лет. Первые свидетельства этому появились в 2017. При исследовании ДНК европейских неандертальцев выяснилось, что их митохондрии восходят к древней женщине, которая жила более 270 000 лет тому назад. Вероятно, ранние Homo sapiens мигрировали из Африки в Южную Европу, где и скрещивались с неандертальцами. Если такой контакт действительно произошел, то те ранние люди исчезли, не оставив никаких следов, кроме своих митохондрий, у последующих поколений неандертальцев.

В некоторых древних человеческих останках содержится 6–9 % неандертальской ДНК. Со временем ее количество в среднем уменьшилось. Одно из правдоподобных объяснений этого снижения заключается в том, что высокое содержание неандертальской ДНК вредно для нашего здоровья. Наследование неандертальских аллелей, возможно, приводило к тому, что у людей рождалось меньше детей – либо в силу того, что они с меньшей вероятностью доживали до детородного возраста, либо потому, что были менее плодовитыми. Может быть, неслучайно именно те неандертальские гены, которые влияют на размножение, у современных людей встречаются особенно редко. Вероятно, некоторые фрагменты неандертальской ДНК продолжат исчезать и в дальнейшем.

Однако целый ряд других неандертальских участков ДНК, похоже, пережил десятки тысяч лет как раз потому, что приносил нашим предкам определенную пользу. Например, есть некоторые неандертальские аллели, которые помогают бороться с инфекциями. У современных людей неандертальские варианты чаще встречаются именно среди генов иммунной системы – по сравнению со многими другими их группами.

После того как эти гены попали в генофонд современного человека, они, по-видимому, стали распространяться. Гены иммунной системы – одни из самых быстро меняющихся частей нашего генома, ведь им приходится поспевать за быстрой эволюцией паразитов, которые пытаются обойти нашу оборону. Люди, живущие в малярийных районах, за последние всего лишь несколько тысяч лет выработали новые средства защиты от опасности. Когда первые африканцы переселились на другие континенты, они, возможно, столкнулись с некоторыми новыми для них болезнями. Неандертальцы же, в свою очередь, адаптировались к этим медицинским проблемам на протяжении сотен тысяч лет. Заимствование у неандертальцев генов иммунной системы могло поспособствовать быстрому росту шансов на выживание в новом доме.

Денисовцы были гораздо ближе к неандертальцам, чем к современным людям. Денисовцы и неандертальцы разделились 470 000 лет назад. Древнейший из них жил в этой пещере более 100 000 лет тому назад. А самый недавний из найденных денисовцев жил там примерно 50 000 лет назад. Подобно неандертальцам, денисовцы оставили свои генетические следы в современных людях. Больше всех денисовской ДНК у представителей Австралии, Новой Гвинеи и Океании. Иногда ее содержание превышает 5 %. Небольшое количество денисовской ДНК ученые нашли в геномах жителей Восточной Азии и коренных народов Америки. Удивительно, но в генах людей, живущих неподалеку от Денисовой пещеры в наши дни, почти не встречается ДНК денисовского человека.

Денисовцев следует считать восточными неандертальцами. Когда общие предки неандертальцев и денисовцев распространялись по Евразии, они разделились на две популяции. Неандертальцы направились на запад, в Европу, в то время как денисовцы пошли другим путем. Возможно, они достигли Юго-Восточной Азии, где позже вступили в контакт с людьми современного типа, расселявшимися в сторону Тихого океана.

Бóльшая часть ДНК денисовцев, как и неандертальцев, плохо подходила современным людям. Но некоторые денисовские гены оказались полезными. Один из ярких примеров – это ген epas1. Он регулирует производимое нашим организмом количество эритроцитов и отвечает за то, как они транспортируют кислород. Вариант гена epas1, встречающийся у тибетцев, защищает их от некоторых опасностей обитания на больших высотах. В 2014 г. Эмилия Уэрта-Санчес и Расмус Нильсен из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что тибетская форма epas1 происходит от денисовцев. Мы не знаем, были ли денисовцы приспособлены к жизни на возвышенностях; вполне возможно, что их аллель гена epas1 помогал им каким-то другим образом. Но он же оказался полезным и потом – когда предки тибетцев стали жить ближе к небу.

История европейцев.

С 2015 г. палеогенетики – главным образом группа Дэвида Рейха из Гарвардского университета – начали публиковать результаты исследований десятков, а иногда и сотен древних европейских геномов за раз. Эти результаты позволили создать своего рода генетический разрез. Ученые смогли отследить изменения в ДНК европейцев за более чем 40 000 лет, «распределив» их по территории от Испании до России. А поскольку этот анализ был сделан по целым геномам, каждый скелет мог поведать ученым о тысячах их собственных предков.

Старейшим костям людей современного типа в Европе 45 000 лет, и они очень похожи на кости нынешних европейцев. Однако в их ДНК нет даже намека, что кто-нибудь из современных европейцев унаследовал их гены. С точки зрения генетики кости выглядят так, будто их родиной является другой континент. Сложно сказать, что с ними стало. Характерное для этих костей сочетание генетических вариантов, по всей видимости, исчезло около 37 000 лет тому назад.

Палеоантропологи сумели получить ДНК из скелета, найденного в Бельгии на раскопках 35 000-летней стоянки древнего человека. Скелет соотнесли с ориньякской культурой, которая была распространена по всей Европе, в то время не покрытой льдами последнего оледенения. Люди той культуры создавали каменные и костяные инструменты, на стенах пещер рисовали шерстистых носорогов и вырезали изображения львиных голов. В ДНК скелета из Бельгии есть собственные генетические признаки, отличающие его от более древних европейцев.

По археологическим данным, примерно 27 000 лет назад ориньякская культура исчезла, сменившись новой – граветтской. Ее представители использовали копья для охоты на мамонтов и сети для ловли некрупной добычи. Команда Дэвида Рейха извлекла из граветтских скелетов ДНК и обнаружила, что они принадлежат к отдельной группе, не имеющей прямой генетической связи с предшествующей ориньякской культурой. И затем на протяжении нескольких тысяч лет в археологической летописи Европы была известна только граветтская генетическая линия.

Затем внезапно вернулась ориньякская ДНК. В испанском скелете возрастом 19 000 лет была найдена смесь граветтской и ориньякской ДНК. Пока никто не может сказать, куда исчезали ориньякские люди на длительный период времени, как они оказались на территории нынешней Испании и как представители двух столь глубоко различающихся культур завели общих детей. Мы знаем только, что в течение следующих нескольких тысяч лет у всех тогдашних жителей Европы были геномы, смешанные из обоих упомянутых источников.

Примерно 14 000 лет назад это длительное равновесие было нарушено. В скелетах того времени появляется третий компонент генома. Новая ДНК несет черты, которые встречаются в ДНК современных жителей Ближнего Востока. Археологи обнаружили, что обитатели этого региона в то время были охотниками-собирателями. Возможно, по мере отступления ледников на север население Ближнего Востока мигрировало в Европу и начало скрещиваться с граветтско-ориньякскими людьми. И опять в Европе установилось генетическое равновесие – но уже новое. Комбинация ДНК от этих предков наследовалась европейцами еще в течение 5000 лет.

Следующая волна нахлынула около 9000 лет назад, и эти новоселы пришли с важным багажом. Они были уже не охотниками-собирателями, а земледельцами, и принесли с собой такие сельскохозяйственные культуры, как пшеница и ячмень, а также привели овец и коз. Эти мигранты происходили от первых земледельцев, которые одомашнили растения и животных примерно за 2000 лет до того на Ближнем Востоке[519]. От европейских охотников-собирателей они отличались не только своей культурой, но и истоками. Две эти ветви могли разделиться еще на 50000 лет раньше.

Земледельцы переселялись с Ближнего Востока туда, где сейчас Турция, а затем двигались на запад вдоль южных окраин Европы. По мере того как они расчищали для себя землю, сеяли зерновые и выпасали скот, некоторые охотники-собиратели отступали на менее плодородные земли, а другие скрещивались с новичками, так что их ДНК смешивались. За несколько столетий отдельные популяции охотников-собирателей исчезли, а земледельцы, несущие теперь смесь европейских и ближневосточных генов, заселили весь континент.

Четыре с половиной тысячи лет назад на Европу нахлынула еще одна крупная волна миграции. В ДНК скелетов того времени много общего с ДНК вымерших людей, населявших некогда территории нынешних русских степей. Люди этой культуры, получившей название ямной, шли со своими лошадьми и повозками следом за огромными стадами овец, все дальше бредущими по пастбищам. Такой кочевой образ жизни был чрезвычайно выгодным. Ведущие его племена накапливали столько богатства, что сооружали для своих покойников огромные курганы, заполняли их драгоценностями, оружием и даже загоняли туда целые колесницы.

Изучение ДНК европейцев бронзового века, живших 4500 лет назад, показывает, что представители ямной культуры и другие близкородственные им народы переселились в Европу из русских ныне степей. Сначала они прибыли на территорию, где сейчас находятся Польша и Германия, построили городища, обнесли их стенами и жили там, сохраняя свою самобытную культуру. Несколько столетий спустя эти народы пересекли теперешний Ла-Манш и оказались на территории нынешней Британии. Сначала выходцы из степей генетически отличались от живших бок о бок с ними земледельцев и охотников-собирателей. Но к концу бронзового века барьеры, разделявшие степной народ и остальную Европу, рухнули, как это часто бывало и раньше. В скелетах моложе 4500 лет присутствует смесь ДНК, полученных от разных предков: обитателей степей, ближневосточных земледельцев, ближневосточных охотников- собирателей, представителей граветтской и ориньякской культур. В результате этого последнего крупного слияния Европа стала многокультурным континентом.

Анализ древней ДНК показывает, что у белых людей нет глубоких общих генетических корней, доходящих до первого заселения Европы человеком. Самые ранние европейские Homo sapiens не имеют прямой связи с нынешними жителями Европы. Современные европейцы могут проследить свою родословную до тех людей, которые мигрировали на континент серией волн, разделенных тысячами лет. Эти группы были связаны друг с другом не теснее, чем лапландцы с индонезийцами. Однако в Европе они встретились, и их гены перемешались. Сегодня европейцы генетически довольно однородны. Но эта однородность возникла лишь после того, как поработал биологический блендер.

Секвенирование генома

Известный журналист Карл Циммер рассказывает о том, как секвенировал собственный геном. Подробнее читайте в его книге - "Она смеётся, как мать"

Генетик Роберт Грин приглашал меня на некое мероприятие. Он обещал, что «если Вы придете, то получите очень необычный и исключительный опыт познания».

На мероприятии речь пойдет о будущем геномов в медицине. Грин и другие ученые расскажут, как они используют геномы в своих исследованиях сейчас и как смогут использовать дальше. У посетителей мероприятия будет возможность заказать секвенирование своего генома. За 2700 долл. специализирующаяся на этом компания Illumina определит все 3,2 млрд пар нуклеотидов вашей личной ДНК. Затем специалисты по медицинской генетике проверят имеющиеся гены на мутации, связанные с 1200 заболеваниями, как часто встречающимися, вроде рака легких, так и малоизвестными, типа херувизма.

Я записался. Мне не было нужно только медицинское заключение – я хотел заполучить в свои руки исходные данные и найти ученых, которые помогут мне их интерпретировать. До приглашения Грина я мог лишь догадываться о том, какая у меня ДНК, основываясь на историях, рассказанных моими родителями. Теперь я смогу прочитать свою генетическую наследственность с точностью до буквы.

Знакомство с моим геномом оказалось немного сложнее, чем я ожидал. Я не мог просто плюнуть в пробирку и отправить ее в компанию, подобную 23andMe. В 2007 г. 23andMe начала выдавать результаты анализа ДНК непосредственно клиентам. За 999 долл. компания могла определить последовательность ДНК для полумиллиона участков генома, проанализировать их, выявить предков и даже сообщить, как найденные аллели могут повлиять на риск возникновения тех или иных заболеваний, от диабета до болезни Альцгеймера. По сравнению с обычными генетическими тестами услуги компании были большим шагом вперед. Обычные тесты должен был заказывать врач, и для них требовалось одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Теперь же, как уже было сказано, 23andMe могла отправлять результаты анализов напрямую заказчикам. В 2013 г. Управление потребовало от 23andMe прекратить торговлю не одобренными им анализами. Компания стала высылать потребителям только информацию о происхождении и ничего более.

Грин сказал, что традиционный осмотр не выявил признаков, требующих анализа на определенное заболевание. Он подписал направление на секвенирование генома, и Сатти отвела меня в другое крыло больницы, где врач-трансфузиолог ввел иглу мне в предплечье. Я наблюдал за тем, как моя кровь, словно алое моторное масло, заполняет три пробирки.

Потом пробирки были отправлены через всю страну в Сан-Диего, где лаборанты компании Illumina вскрыли мои белые кровяные тельца и извлекли из них ДНК. Затем с помощью ультразвука они разбили молекулы на фрагменты и сделали множество копий каждого фрагмента. Добавив к этим фрагментам определенные химические вещества, они смогли определить там последовательность нуклеотидов.

Теперь лаборантам надо было собрать все эти кусочки вместе – подобно частям пазла. Точно так же, как при сборке этой головоломки руководствуются рисунком на крышке коробки, группа специалистов Illumina сверялась с эталонным человеческим геномом, чтобы понять, из какого места взялся тот или иной фрагмент. Некоторые фрагменты оказались слишком загадочными, чтобы их точно локализовать, но в целом удалось реконструировать более 90 % моего генома.

Геномы разных людей почти не различаются. Но поскольку геном состоит из более чем 3 млрд пар оснований, эта небольшая вариабельная часть представлена миллионами различий. Большинство из них абсолютно безвредны. Однако некоторые могут привести к таким болезням, как фенилкетонурия, другие – к более распространенным заболеваниям, например раку или депрессии. Врачи-генетики компании Illumina проверили, нет ли среди моих геномных особенностей чего-то вызывающего опасения. Через несколько недель после моего визита в больницу Сатти получила результаты и позвонила мне. Она сказала: «Я решила позвонить по телефону, а не назначать личную встречу, потому что в вашем материале не нашли ничего клинически важного. Карл, у вас прекрасные результаты!»

Сатти сообщила, что у меня нет ни одной доминантной мутации, которая могла бы вызвать заболевание, присутствуя всего в одном экземпляре. Не унаследовал я и двух копий опасных рецессивных мутаций. Однако секвенирование выявило аллели, которые могли бы повлиять на то, как я буду реагировать на прием определенных лекарств. Если случится так, что я заболею гепатитом, мне нежелательно будет использовать для лечения комбинацию интерферона и рибавирина.

Кроме того, как и многие другие люди, я был носителем. То есть у меня были рецессивные аллели в одном экземпляре. Если мои дети унаследовали этот вариант от меня, а второй такой же от Грейс, то у них могут развиться генетические заболевания. В начале 2000-х гг., когда мы с Грейс стали родителями, технология секвенирования ДНК была еще слишком незрелая, чтобы можно было получить список всех моих аллелей. Лучшее, на что мы могли тогда надеяться, – что наших дочерей проверят на несколько заболеваний, таких как фенилкетонурия.

Благодаря тому, что генетика развивается уже более 100 лет, мне удалось взглянуть на свой геном, хотя еще совсем недавно такой возможности не было, – но оказалось, что нам с Сатти почти нечего там обсудить. Через неделю после нашего телефонного разговора я сел в поезд до Бостона, чтобы принять участие во встрече «Узнай свой геном». Во время обеда представитель Illumina зарегистрировал меня на защищенной веб-странице, где в изящном оформлении были представлены мои результаты. В таблице с двумя столбцами цветных букв я мог посмотреть сравнение своего генома с эталонным. Где ДНК различалась, там цвета букв не совпадали. Помимо тех аллелей, что связаны с заболеваниями, Illumina выявила еще несколько – отвечающих за внешние признаки. Они мне показались малозначительными.

После нескольких недель препирательств и бумажной волокиты мне удалось получить от Illumina необработанные данные. Однажды январским днем они появились у моей двери в белой картонной коробочке. Внутри коробочки был черный мешочек, укутанный зеленой пузырчатой пленкой, а в нем лежал тонкий металлического блеска жесткий диск. Он содержал 70 гигабайт данных – столько занимают несколько десятков фильмов высокой четкости.

Чем дальше ваше с кем-то родство, тем больше поколений назад жил ваш общий предок. Также это означает, что у вас с вашим родственником более короткие одинаковые участки, полученные от того предка, плюс они перемешаны с фрагментами ДНК других, не общих предков. Какой участок попадет в сперматозоид или яйцеклетку – определяется случаем. Со временем гены какого-то определенного предка могут просто исчезнуть. В 2014 г. генетик из Калифорнийского университета в Дейвисе Грэм Куп определил, что если вы возьмете 100 пар четвероюродных братьев и сестер, то у одной из них не будет идентичных участков ДНК. Если вы соберете 100 пар пятиюродных братьев и сестер, то у 25 из них не будет признаков генетического родства.

По мере того как вы двигаетесь вглубь поколений, обнаруживается еще больший парадокс. Мы представляем себе генеалогию в виде простого дерева: наши двое родителей происходят от четырех дедушек и бабушек, являющихся потомками восьмерых прабабушек и прадедушек и т. д. Но в определенный момент это становится невозможным. Если мы дойдем до времен, скажем, Карла Великого, то должны будем нарисовать на дереве триллион веточек. Другими словами, число ваших предков превысит количество всех когда-либо живших людей. Единственный способ решить эту проблему – соединить некоторые веточки вместе. То есть ваши предки должны быть в той или иной степени родственниками друг другу.

Этот узор наследственности давно привлекал математиков, и в 1999 г. их представитель Джозеф Чанг из Йельского университета создал первую статистическую модель для его описания. Он обнаружил удивительное свойство: если двигаться назад во времени, вы достигнете момента, когда каждый человек, чей потомок живет в наши дни, окажется общим предком всех живущих сейчас людей.

Чанг с коллегами показал, что чем дальше мы уходим назад во времени, тем больше оказывается круг потомков. Любой человек, который жил 5000 лет назад и чей пусть даже один потомок живет сейчас, – предок всех живущих сегодня людей. Орден короны Карла Великого, возможно, довольно большой, но первый фараон Египта мог бы собрать гигантский клуб потомков в составе 7 млрд членов.




 Автор   Комментарий к данному блогу
Комментарий

Ваше имя:
Комментарий:
Оба поля являются обязательными