Удивительная генетика - Вадим Левитин

С приматами результаты гибридизации выглядят следующим образом: с макакой-резус – 66 %, с гиббоном – 76 %, с шимпанзе – 91 %. Поскольку метод гибридизации, как и всякий другой, неизбежно имеет некоторую погрешность, то данные различных авторов по высшим приматам разнятся в довольно широком диапазоне – от 90 до 98 %. Во всяком случае, надежно установлено по крайней мере одно: по отдельным участкам ДНК (так называемым некодирующим последовательностям) отличие человека от шимпанзе не превышает 1,6 %, что автоматически означает, что эти два вида имеют, как минимум, до 98,4 % общих генов.

Для сравнения можно отметить, что, например, птицы гибридизуются с человеческой ДНК не более чем на 10 %, а высшие млекопитающие (не приматы) – от силы на 30–40 %. Кстати, метод гибридизации ДНК используется и при работе с популяциями Homo sapiens, например для оценки времени расхождения человеческих рас.

В последние годы появились еще более тонкие методы молекулярного анализа, построенные на изучении так называемой митохондриальной ДНК и генетических последовательностей Y-хромосомы. Митохондрии – это внутриклеточные органеллы, занятые энергообеспечением клетки. Многие биологи считают, что в очень далеком прошлом, когда клетки эукариот только отвоевывали себе место под солнцем (сегодня к эукариотам, т. е. клеткам, имеющим ядро, относится широчайший класс организмов от дрожжей до человека, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей), возник своеобразный симбиоз прогрессивных ядерных клеток и бактерий, не имеющих ядра.

Некоторые бактерии влились в состав новорожденных эукариотических клеток, установив с ними добрососедские отношения. Так или иначе, но митохондрии многоклеточных млекопитающих располагают своей собственной ДНК, насчитывающей около 17 тысяч звеньев, которая не участвует в половом размножении, не рекомбинирует и не обменивается генами с ДНК в организме полового партнера, а передается исключительно по материнской линии.

Митохондриальный метод (наряду с исследованием Y-хромосомы, которая наследуется как раз исключительно по мужской линии) основан на количественном анализе генных замещений в структуре митохондриальной ДНК. Поскольку процесс накопления мутаций – величина более или менее постоянная, мы можем оценивать степень родства различных биологических видов, сравнивая их по уровню вариабельности ДНК.

Сегодня этот подход широко применяется в основном для определения времени расхождения популяций Homo sapiens и изучения генетической близости четвертичных гоминид, но и при сравнительном исследовании высших обезьян и человека он зарекомендовал себя весьма неплохо, дав аналогичный результат – необычайное родство. Ближе всего к человеку оказался шимпанзе, чуть дальше разместилась горилла, еще дальше – орангутан и гиббон.

Одним словом, генетическая и биохимическая дистанция между человеком, с одной стороны, и шимпанзе и гориллами – с другой, стараниями специалистов уменьшается на глазах, поэтому все больше ученых предпочитают числить гориллу и шимпанзе в семействе Homininae – исконной вотчине человека.

А орангутан отныне в гордом одиночестве представляет все семейство понгид[38].

Нам осталось разобраться с происхождением человека современного типа – Homo sapiens sapiens (систематики его именуют именно так, чтобы отличить от другого подвида человека разумного – неандертальца, или Homo sapiens neanderthalensis).

Еще совсем недавно полагали, что прародину Homo sapiens не следует приурочивать к какому-то определенному региону – он мог сформироваться независимо из ранних предковых форм палеоантропа (неандертальца) или человека прямоходящего (Homo erectus) как в Африке, так и в Азии. Однако в последнее время возобладала теория моноцентризма, помещающая прародину человека разумного в Африку, и только в Африку, и не последняя роль в этом вердикте принадлежит генетике.

Сначала из числа возможных предков человека разумного пришлось исключить неандертальца. Анализ митохондриальной ДНК (мх-ДНК) показал, что общих с палеоантропами генов у нас практически нет, и расхождение этих линий произошло еще в незапамятные времена, когда на планете безраздельно хозяйничал Homo erectus.

Разумеется, ученые на этом не успокоились. Митохондриальный метод приспособили не только к анализу ископаемых останков неандертальцев и сапиенсов, но и применили для изучения генетических последовательностей современных людей, принадлежащих к различным расам. Наиболее вариабельной оказалась митохондриальная ДНК некоторых этнических групп африканского континента, что говорит о ее глубочайшей древности.

Праматерь всего современного человечества, так называемая «митохондриальная Ева», жила, по всей видимости, где-то в Восточной или Северо-Восточной Африке примерно 200 тысяч лет тому назад. Спустя несколько десятков тысячелетий начался великий исход ранних африканских сапиенсов. Около 100 тысяч лет назад сравнительно небольшая популяция людей современного типа, миновав узкий перешеек, разделяющий Красное и Средиземное моря, заселила Ближний Восток, а затем постепенно расселилась по необозримым просторам Евразии, изрядно потеснив тамошних палеоантропов. Таким образом, мы с вами являемся прямыми потомками этих отчаянных доисторических землепроходцев.

Пожалуй, имеет смысл более подробно остановиться на методе анализа митохондриальной ДНК и заодно объяснить, почему для оценки возраста Homo sapiens и реконструкции основных путей миграций наших предков не годится хромосомная ДНК. Как известно, половину генов мы получаем от матери и половину – от отца. Поскольку наши родители выращены отнюдь не в пробирке, у каждого из них были свои собственные отец и мать. Отсюда понятно, что хромосомные наборы причудливо тасуются в длинном ряду поколений, и с помощью несложной формулы мы даже можем рассчитать их количество за любое заданное число поколений. Резюме: ядерная ДНК (а хромосомы располагаются внутри клеточного ядра) отличается высокой изменчивостью и вряд ли сможет пригодиться в качестве «молекулярных часов».

Совсем другое дело – небольшая кольцеобразная молекула ДНК, находящаяся вне ядра, в митохондриях. Она не принимает участия в половом размножении, не обменивается своими участками с ДНК клеточного ядра и наследуется исключительно по материнской линии. У всех представителей одного вида, ведущих происхождение от общего предка, она должна иметь сходное строение и потому является почти идеальным инструментом для проведения молекулярно-генетических исследований.

Разумеется, абсолютно полной идентичности митохондриальной ДНК даже у особей одного и того же вида мы все равно не обнаружим, поскольку спонтанные мутации неизбежно вносят в этот процесс свои коррективы и пусть медленно, но изменяют исходную структуру молекулы. Но скорость накопления мутаций – величина более или менее постоянная, поэтому, сравнивая по разнообразию вариаций митохондриальной ДНК представителей различных этнических групп, мы можем вычислить не только время жизни праматери всего современного человечества, но и определить, какими путями шло расселение ее потомков по лику нашей планеты. Чем вариабельнее митохондриальная ДНК того или иного этноса, чем богаче она генными замещениями, тем больше время жизни данной человеческой популяции.

А поскольку максимальным разнообразием отличается как раз митохондриальная ДНК некоторых африканских народностей, ученые пришли к выводу, что первые люди современного типа появились в Африке.

Однако здесь необходимо сделать одно существенное уточнение. При упоминании словосочетания «митохондриальная Ева» у неподготовленного читателя может сложиться впечатление, что у истоков рода человеческого стояла одна-единственная супружеская пара, как это описано в Библии. Ничего подобного биологи, конечно же, не имели в виду. Ева в данном контексте – не более чем метафора, и это выражение ни в коем случае нельзя понимать буквально. Попробуем пояснить это на примере.

Почти наверняка разнообразие в строении митохондриальной ДНК у наших прапрабабушек двести тысяч лет тому назад было весьма существенным. Но однажды в потомстве какой-то женщины стали преобладать девочки. Это вовсе не означает, что она отличалась исключительной плодовитостью: просто ее товарки чаще рожали мальчиков, или эти мальчики в силу неведомых нам причин оказывались более жизнеспособными. Как мы помним, митохондриальная ДНК наследуется по женской линии, поэтому в организме мальчиков она находила свой естественный конец. Популяции доисторического человека были очень немногочисленными, и через несколько десятков поколений ДНК нашей гипотетической Евы стала решительно преобладать.

На генетическом разнообразии вида в целом это никак не отразилось и не могло отразиться: все женщины исправно рожали здоровых детей, и только по одному-единственному, второстепенному и совершенно случайному признаку популяция сделалась однородной. Таким образом, в начале всех начал стояла, конечно же, не уникальная супружеская пара, а дружный коллектив ранних сапиенсов.