Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

На тот момент реконструкция эволюции человека с помощью генетической информации ограничивалась выявлением разницы в нуклеотидных последовательностях ныне живущих людей; ориентируясь на эту разницу, ученые отслеживали миграционные пути народов. Заключения делались с помощью моделирования. В основе моделей лежали гипотезы о процессе накопления изменений в генетических последовательностях и о том, как они передаются из поколения в поколение, но в силу технических ограничений эти модели были сверхупрощенным отражением событий прошлого. Согласно, например, одному из допущений, каждый индивид имел возможность произвести потомство с любым индивидом противоположного пола. Также допускалось, что каждая когорта оставляла потомство независимо от других когорт и они не смешивались друг с другом, а уровень выживаемости полагался одинаковым для всех. Иногда мне казалось, что рассуждения слишком уж поверхностные и это не наука, а какие-то выдумки. Если бы удалось подсмотреть генетическую вариабельность давнишних поколений, то можно было бы, как я любил повторять, “поймать эволюцию за хвост”; я представлял себе, что для этого придется исследовать последовательности ДНК древних индивидуумов, а потом наложить полученные последовательности из древних ДНК на данные по современным людям, которые получила Линда.

Идея, конечно, дерзкая, и я решил, что надо быть поскромнее и выбрать образцы, отстоящие друг от друга не на тысячи лет. В Музее зоологии позвоночных в Беркли как раз размещалась гигантская коллекция мелких млекопитающих, которую насобирали биологи-натуралисты за последнюю сотню лет. Туда я и отправился изучать популяцию кенгуровых крыс, названных так за способность прыгать на необычайно длинных задних ногах. Мне помогали Фрэнсис Вильябланка, аспирант из музея, и молодой специалист Келли Томас из нашей лаборатории (см. рис. 3.1). Кенгуровые крысы во множестве водятся в пустыне Мохаве на границе между Невадой, Ютой, Калифорнией и Аризоной. На них с превеликим удовольствием охотятся гремучие змеи. Я выделил и секвенировал мтДНК из кусочков кожи нескольких крыс, помещенных в музей в 1911 году, в 1917- м и в 1937- м. Мы с Фрэнсисом и Келли раздобыли старые полевые дневники и карты натуралистов и по их следам предприняли несколько путешествий в Мохаве, расставляя ловушки точно в отмеченных местах. Мы ехали по пустыне, открыв старинные карты, читая и узнавая в дневниках описания мест, по которым ходили наши предшественники семьдесят и сорок лет назад. Садилось солнце, мы искали места для ловушек среди метелок шалфея и зарослей юкки. Мы спали прямо под огромным звездным куполом неба, тишину нарушал только редкий стук захлопывающейся ловушки – так я вдруг получил чудесный перерыв в нескончаемой гонке городской жизни.

Рис. 3.1. Чучело кенгуровой крысы столетней давности из Музея зоологии позвоночных в Беркли и ее современная родственница. Фото: Университет Беркли

В лаборатории мы выделили и секвенировали мтДНК из собранных образцов. Затем сравнили полученные последовательности с соответствующими музейными образцами, то есть с предковыми формами, жившими 40–70 лет назад. Никаких особенных различий мы не нашли, но мы их и не ожидали. Однако эта работа была важна вот почему: в ней впервые удалось развернуть время и взглянуть на гены предков здравствующих ныне популяций. Мы поместили статью[10] об этом в журнале Molecular Evolution — и какова была наша радость, когда мы прочли на нее похвальный комментарий в Nature! Восходящая звезда эволюционной биологии Джаред Даймонд писал, что при новых методиках, ставших возможными после открытия ПЦР, “старые музейные образцы оказываются гигантским бесценным источником материала, который позволит отследить эволюционные изменения в генетических последовательностях, что, в свою очередь, даст нам важнейшую информацию по эволюционной биологии”. Еще он добавил, что “этот эксперимент в очередной раз напомнит некоторым узколобым ученым о неоспоримой научной ценности музейных коллекций”[11].

Достижения достижениями, но моей голубой мечтой оставалась история человечества, и я все обдумывал, как бы с помощью ПЦР заглянуть в наше собственное прошлое. Пока я работал в Упсале, ко мне в руки попал с виду неаппетитный, но знаменательный образец из флоридской карстовой воронки. Там в водном резервуаре в щелочных породах нашли останки индейцев; внутри черепной коробки сохранился мозг. Хотя он и усох немного, в нем удивительным образом различимы были даже детали. Действуя старыми методами, я показал присутствие в образцах человеческой ДНК и, наряду с мумиями, включил результаты исследований в тот памятный доклад в Колд-Спринг-Харбор. Теперь же Алан помог раздобыть образцы мозга 7000- летнего возраста из близких местонахождений во Флориде. Из них я тоже выделил ДНК и получил необычные, короткие фрагменты цепочек мтДНК. Они были похожи на аналоги из Азии, но никак не на индейские мтДНК. И хотя я получил один и тот же результат в двух независимых экспериментах, мне стало понятно, насколько легко можно занести и потом перепутать современную ДНК с ДНК из древних человеческих образцов. Предостерегая от этой опасности, я написал в статье, что “секвенированные цепочки, бесспорно, принадлежат человеку, однако представленные доказательства требуют более развернутого изучения выявленных фрагментов”[12].

Тем не менее изыскания мои казались многообещающими. Похоже, мне предстояло узнать побольше о генетике человеческих рас. Как раз в это время с Аланом связался Рик Уорд, новозеландец, теоретик популяционной генетики, работавший в Солт-Лейк-Сити. Он хотел освоить методы ПЦР, и я вызвался поработать в его лаборатории. Для этого я месяц катался туда-сюда, в Юту и обратно. Рик, великолепный специалист в своей области, слыл благодушным эксцентриком. Он всегда, даже в мороз, носил шорты и гольфы, брался за все и ничего не заканчивал – ни научных, ни бумажных дел. Из-за этого ему не приходилось рассчитывать на звание университетского любимчика, но зато он обожал обсуждать науку и мог с бесконечным терпением объяснять сложные алгоритмы таким неучам, как я: у меня, к сожалению, не было систематического математического образования. Мы с Риком занялись изучением вариабельности мтДНК у небольшого коренного канадского племени нуу-ча-нульт, живущего на острове Ванкувер. К тому времени Рик работал с их ДНК уже много лет. К своему удивлению, мы обнаружили, что у населения в несколько тысяч человек в генах нашлась почти половина вариантов мтДНК всех остальных коренных жителей Северной Америки. Для меня это означало, что общепринятая гипотеза о генетической гомогенности (однородности) подобных коренных племен оказалась попросту мифом и что люди всегда жили в группах со значительным генетическим разнообразием.

А в Беркли работа спорилась, как никогда. За что бы мы ни брались, все получалось. В лаборатории появился молодой канадский специалист Ричард Томас. Он хотел освоить ПЦР, и я предложил ему взять у меня эстафету в исследовании сумчатого волка, Thylacinus cynocephalus, того самого, что так подвел меня в цюрихской лаборатории. Тилацин проживал в Австралии, Тасмании, Новой Гвинее и очень напоминал обычного волка, только был сумчатым, как кенгуру и другие австралийские животные. Таким образом, у нас в руках появлялась прямо-таки иллюстрация из учебника по конвергентной эволюции. Конвергентная эволюция – это процесс, при котором неродственные животные формируют схожие морфологические и поведенческие черты, если оказываются перед сходной адаптивной задачей. С помощью секвенирования небольших фрагментов мтДНК сумчатого волка мы показали, что он приходился близким родственником другим сумчатым хищникам из этого региона, например тасманийскому дьяволу. При этом он мало связан с южноамериканскими сумчатыми, хотя некоторые из вымерших форм были внешне очень похожи на тилацинов. Таким образом, эволюция выводила волкоподобных животных даже не два, а целых три раза: один раз среди плацентарных млекопитающих и дважды среди сумчатых. Эволюция в некотором смысле повторялась – это явление известно и наверняка будет подтверждено еще не раз на самых разных организмах. Свои результаты мы оформили в статью для Nature, и Алан любезно предложил поставить мое имя последним, что в научных кругах обозначало ведущего исследователя[13]. Такое произошло со мной впервые, и я понял, что мое видение себя в научном процессе меняется. До сих пор я трудился день и – часто – ночь у пробирок и реторт, сам ставил эксперименты и добивался результатов. Даже если идеи были моими собственными, за мной всегда стоял научный руководитель, консультируя и направляя процесс. Теперь же мне самому помогали ставить эксперименты. А значит, я должен постепенно учиться вдохновлять и направлять других. И если поначалу сама мысль об этом пугала меня, то в реальной жизни все получилось само собой.