.
Одновременно я запустил проект по выявлению разнообразия ныне живущих человеческих популяций, и для этого использовался тот же микрочип, который мы с немецкими коллегами разработали для исследования человеческого прошлого. С помощью этого микрочипа мы получили данные по 10 тысячам индивидов из тысячи популяций по всему миру. В результате собралась база данных, ставшая основным источником информации не только для нас, но и для других лабораторий во всем мире
.
Поразительно, с каким высоким разрешением можно теперь, после этого технологического переворота, рассматривать события прошлого. Мне припоминается обед по окончании университета с моим научным руководителем Дэвидом Голдстейном и его женой Кавитой Наяр, оба они учились у Кавалли-Сфорца. Шел 1999 год, то есть дело было за десять лет до прочтения древней ДНК, и мы сидели и фантазировали, насколько точно можно реконструировать давно минувшие события по оставленным следам. Если в комнате взорвется граната, то можно ли будет по собранным ошметкам и следам шрапнели на стенах понять, кто где сидел во время взрыва? Можно ли восстановить вымершие языки, если вдруг найти пещеру, где до сих пор звучит эхо тех давным-давно забытых слов? И вот сегодня ископаемая ДНК открывает возможности для изучения именно таких детализированных связей давних человеческих популяций.
Возможности генетического подхода (изучения генетической вариабельности) для реконструкции событий в древних популяциях превзошли по эффективности традиционные археологические методы, работающие с артефактами, оставленными канувшими в прошлое сообществами
. Это стало неожиданностью практически для всех. Карл Циммер, популяризатор науки из The New York Times, постоянно отслеживающий эту тему, как-то признался мне, что когда первый раз газетное начальство попросило его взяться за вопросы с древней ДНК, он согласился, но только в качестве услуги братьям-ученым, решив, что, так уж и быть, сделает небольшое отступление от своей излюбленной темы – эволюционной физиологии человека. Ему представлялось, что он сможет писать заметку каждые полгода и что через годик-другой открытия в этой области сойдут на нет. А в итоге теперь каждые несколько недель Циммер пишет заметку по той или иной масштабной научной статье, а открытия не то что не кончаются, а, наоборот, ускоряются в революционном темпе.
Эта книга посвящена геномной революции в науке о человеческом прошлом. Геномная революция складывается из лавины открытий, связанных с данными по полным человеческим геномам: то есть когда анализируются не небольшие кусочки генома, как, например, митохондриальная ДНК, а весь геном целиком. Другая часть этой революции обусловлена новыми технологиями, позволившими выделять драгоценнейшую ДНК из ископаемых останков. Я даже не буду пытаться проследить всю историю генетических исследований ушедшего человечества – это десятилетия научных поисков, связанных с анализом различий и в скелетах, и в отдельных малюсеньких обрывках генетических последовательностей. Все эти работы привели к некоторому пониманию популяционных связей и миграций, но оно меркнет перед громадой тех знаний, которые мы получили после 2009 года. В любом случае что до, что после технологических инноваций свидетельства в пользу того или иного исторического сценария основываются на изучении изменчивости в определенных нуклеотидных позициях в геноме. Но все же до 2009 года генетические работы служили лишь скромным подспорьем для главной фигуры – археологии. А после 2009-го полногеномные данные начали расшатывать устоявшиеся археологические, исторические, антропологические и даже лингвистические воззрения, а кое в чем и разрешать давние противоречия между ними.
Революция в исторической генетике (можно ее так назвать) быстро перестраивает наши представления о прошлом. Но пока нет такой книги, которая бы на профессиональном уровне описывала мощный импульс, порожденный этой наукой, объясняла, как она находит новые, исключительно убедительные факты по истории. Результаты работ в этой области разбросаны по многочисленным статьям, которые написаны сухо и изобилуют малопонятными терминами и многостраничными приложениями, отсылающими читателя к развернутым методическим деталям. В этой книге я предлагаю читателю просто посмотреть на прошлое сквозь необычное окно исторической генетики, и не важно, далек мой читатель от генетики или, наоборот, искушен в ней. Я не ставил целью сделать обзор всей темы, для этого историческая генетика развивается слишком быстро. Ко времени, когда книга дойдет до читателя, некоторые ее утверждения будут оспорены, другие и вовсе опровергнуты. За три года, пока я писал, появилось немало свежих данных, поэтому многое из написанного здесь основано на результатах, полученных уже после начала работы над книгой. И я очень надеюсь, что читатель воспримет этот труд не как портрет современного состояния в данной дисциплине, а как антологию примеров, показывающих прорывную мощь полногеномных исследований.
Я хотел провести читателя по дороге открытий, и, начиная каждую главу с одним взглядом на предмет, пусть он заканчивает ее уже с другим. Рассказывая, где это уместно, о работах моей собственной лаборатории (а их я знаю, понятно, лучше всего), я попытался высветить ее ключевую роль в революционном взлете исторической генетики, но также по ходу рассказа я обсуждаю и другие исследования, в которых лично участия не принимал. В силу такого устройства текста работа моей лаборатории кажется нарочито выпяченной. Потому я прошу прощения за то, что смог назвать лишь немногих из тех, кто наравне с нами внес важный вклад в нашу дисциплину. Моей первейшей целью было передать весь восторг и сюрпризы геномной революции, изложить ее интригующий сюжет, а вовсе не написать научный обзор.
Я также останавливался на крупных темах, появлявшихся по ходу исследований, в особенности на скрещивании между давно разошедшимися популяциями; а оно, как выяснилось, происходило постоянно в человеческом прошлом. Многие люди считают, что человечество подразделяется на несколько изначальных групп, тех, что мы называем “расами”, берущими происхождение от популяций, разошедшихся десятки тысяч лет назад. Но в последние несколько лет было доказано, что эта надежно устоявшаяся “расовая” доктрина неверна. И, что интересно, новые “генетические” доводы против расового деления сильно отличаются от доводов антропологии, собранных за сто прошедших лет. По мере разворачивания геномной революции мы с большим удивлением начали понимать, что в прошлом человеческие популяции были столь же разнообразны, как и сегодня, однако демаркационные линии между теми ушедшими популяциями сейчас уже почти неразличимы, и они совсем не те, что теперешние. По ДНК людей, живших, к примеру, тысячу лет назад, можно видеть, что структура их популяций качественно отличалась от нашей. Нынешние популяции представляют собой смесь древних групп, которые, в свою очередь, и сами были сборной солянкой. В Америках афроамериканцы и латиноамериканцы являются лишь позднейшей добавкой к длинной цепочке крупных популяционных вливаний.
В этой книге три части. В первой части “Ранняя история нашего вида” рассказывается о геноме, но не только как об информационной программе, необходимой для развития оплодотворенной яйцеклетки до взрослого организма, но и как о хранилище истории нашего вида. Глава 1 “Как геном объясняет, кто мы” показывает взгляд на человека с точки зрения геномной революции: она обращает внимание не на отличительные черты нашей биологии по сравнению с другими животными, а на историю миграций и популяционных перемешиваний, сформировавших нас. В главе 2 “Встреча с неандертальцами” читатель увидит, как с помощью поразительных современных технологий исторической генетики были добыты данные по ДНК неандертальцев, наших большеголовых родичей, и как выяснилось, что они скрещивались с предками современного неафриканского человечества. В этой главе также поясняется, как генетические данные можно использовать для выявления древних примесей в популяциях. Глава 3 “Древняя ДНК открывает шлюзы”: и здесь речь идет о том, что древняя ДНК может выявить такие картины прошлого, о которых никто и не подозревал. Первыми в этой череде открытий были денисовцы, архаичные популяции, до времени неизвестные и никак не предугаданные археологами. Тем не менее они оставили свою генетическую примесь у нынешних жителей Новой Гвинеи. Прочтение денисовской ДНК запустило цепь открытий о других архаичных популяциях и других смешениях; стало совершенно ясно, что это и есть главное для человеческой природы – популяционное перемешивание.
Вторая часть под названием “Как мы сюда попали” рассказывает, как геномная революция и древняя ДНК перевернули бытующие представления о нашей линии современных людей, той самой, к которой все мы принадлежим. Читателю предстоит кругосветное путешествие, в котором будет постоянно звучать лейтмотив популяционного перемешивания. Глава 4 “Призраки человечества” познакомит с возможностью реконструкции популяций, которых в явном виде больше не существует. Возможность эта основана на выявлении генетических добавок, оставленных ими в геномах ныне живущих людей. В главе 5 “Как сложилась современная Европа” объясняется, как сегодняшние европейцы стали наследниками трех совершенно различных групп, слившихся воедино в последние 9 тысяч лет. До открытия древней ДНК археологи и помыслить не могли о таком сюжетном повороте. Далее глава 6 “Столкновение, сотворившее Индию”: в ней читатель увидит, что формирование южноазиатских популяций шло параллельно с европейскими. В обоих случаях происходило перемешивание мигрировавших с Ближнего Востока фермеров с коренными местными охотниками-собирателями. А 5 тысяч лет назад наследственный материал пополнился мигрантами второй большой волны из евразийской степи, давшей, по-видимому, начало индоевропейским языкам. Глава 7 “В поисках предков индейцев” рассказывает, как из анализа современной и древней ДНК стало понятно, что индейцы являются потомками множественных миграционных импульсов из Азии (речь идет о времени до прибытия европейцев). Глава 8 “Генетические корни восточных азиатов” описывает происхождение народов Восточной Азии: они, как выясняется, являются в известной степени наследниками разраставшихся сельскохозяйственных популяций Центрального Китая. Глава 9 называется “Африка снова включается в историю человечества”, она о том, как в результате анализа древней ДНК стали мало-помалу проступать черты далекой истории африканского человечества, затертые наступательной волной фермеров, смешавшихся с прежним коренным населением или даже заместивших его.
Часть третья – “Геномный прорыв”. Она сосредоточена на тех аспектах геномной революции, которые важны для общества. В ней предлагаются некоторые идеи, как понять свое место в этом мире, свою связь с остальными семью миллиардами людей на планете и с теми бесчисленными людьми, которые жили до нас и придут после. Глава 10 “Геномика неравенства” раскрывает, как с помощью древней ДНК можно увидеть исторические корни неравенства различных социумов, корни гендерного неравенства, истоки неравенства между отдельными людьми в пределах одной популяции – основой для этого служат вариации в репродуктивном успехе или, наоборот, в репродуктивных неудачах. Добравшись до главы 11 “Геномика рас и национальностей”, мы увидим, что та ортодоксальная концепция, которая сформировалась за последнее столетие – будто человеческие популяции настолько близки между собой, что трудно говорить о каких-то биологических различиях между ними, – больше не работает, но также очевидно, что неверен и взгляд расистского толка, издавна служивший альтернативой концепции равенства, он еще больше противоречит генетическим данным. Так что в этой главе предлагается новый путь обсуждения различий между человеческими популяциями, проторенный геномной революций. “Будущее древней ДНК” – это глава 12. В ней речь идет о следующих шагах геномной революции. То, о чем мечтал Лука Кавалли-Сфорца, работа с древней ДНК, обернулось действенным инструментом изучения доисторических популяций, инструментом столь же полезным, как и традиционные археология и историческая лингвистика. И теперь мы можем отвечать на вопросы о нашем прошлом, казавшиеся прежде неразрешимыми, можем представить себе, что же все-таки происходило. Как древние люди между собой соотносились, какую роль играли миграции в формировании той изменчивой картины, которую дает нам археологическая летопись. Археологам древняя ДНК, по-видимому, тоже облегчила жизнь, потому что тот круг ответов, который она способна дать, позволяет им двинуться дальше в области их безусловного интереса, к вопросам “почему”: почему археологические картины менялись так, а не иначе.
Прежде чем углубиться в сам предмет книги, я позволю себе вспомнить один эпизод, случившийся во время моей лекции в Массачусетском технологическом институте в 2009 году. Эту лекцию поставили последней в семестре, и я, по идее, должен был добавить изюминку в ознакомительный курс компьютерных исследований генома с медицинским уклоном. И вот я рассказываю об истории индийской популяции, а передо мной в первом ряду сидит студентка и в упор меня рассматривает. А в конце лекции задает с улыбочкой вопрос: “И как вы на все это добываете деньги?” И я начинаю что-то бубнить о том, что человеческое прошлое формирует наше генетическое настоящее и это очень важно для оценки факторов риска болезней… Потом я привел пример с тысячами индийских популяций, где риск заболеваний существенно повышен из-за распространения определенных генетических аллелей, привнесенных основателями этих популяций… Примерно такие доводы о частоте факторов риска заболеваний я и приводил, подавая заявки на гранты в Национальные институты здравоохранения США. Этими грантами в основном и финансируются работы моей лаборатории с момента ее основания в 2003 году.
Все это, безусловно, правда, но на самом деле мне бы хотелось ответить на вопрос по-другому. Мы, ученые, при подаче заявок руководствуемся жесткими условиями самой системы финансирования, которая направляет наши работы в русло практической пользы для здравоохранения или технологий. А как же присущее человеку любопытство? Его, наверное, тоже стоит учитывать. И наверное, ответ на фундаментальный вопрос “кто мы такие?” будет наивысшим достижением человечества как вида. И наверное, в просвещенном обществе люди должны ценить саму интеллектуальную деятельность, пусть и не имеющую немедленного экономического или практического выхода. Исследования человеческого прошлого, равно как искусство, музыка, литература, космология, жизненно необходимы нам, потому что с ними мы понимаем природу нашей общности и открываем нечто исключительно важное, такое, о чем раньше и помыслить не могли.
Часть первая
Ранняя история нашего вида
Глава 1
Как геном объясняет, кто мы такие
Поворотный момент в человеческой изменчивости
Чтобы понять, почему вообще человеческую историю можно изучать с помощью генетики, нужно представлять себе, как в геноме кодируется информация (а геном мы определим как полный набор генетических “букв”, унаследованный от родителей). В 1953 году Фрэнсис Крик, Розалин Франклин, Джеймс Уотсон и с ними Морис Уилкинс открыли, что человеческий геном записан на сдвоенных последовательностях, состоящих из цепочек химических строительных блоков, так называемых нуклеотидов, их в последовательности около 3 млрд – значит, в сумме 6 млрд. Нуклеотидов всего четыре типа. Их можно представить в виде букв алфавита: А (аденин), Ц (цитозин), Г (гуанин), Т (тимин)
. То, что мы называем “ген”, – это крошечный фрагмент таких цепочек, обычно он длиной около тысячи букв, и на генах, как по клише, идет сборка белков, выполняющих в клетке основную работу. Между генами на цепочке расположена некодирующая ДНК, иногда ее называют “мусорная ДНК”. Порядок букв-нуклеотидов можно прочитать с помощью машин, реагирующих на химически индуцированные световые импульсы, исходящие от того или иного нуклеотида; эти световые импульсы регистрируются по мере продвижения вдоль последовательности ДНК. Четыре нуклеотида испускают свет разного цвета, и по цвету можно определить, какая буква – А, Т, Г или Ц – сканируется компьютером.
Рис. 3. Геном состоит из нуклеотидов, которые можно представить в виде букв А – аденин, Ц – цитозин, Г – гуанин, Т – тимин; в человеческом геноме около трех миллиардов пар таких букв. В сдвоенных геномах примерно 99,9 % этих букв одинаковые, но оставшаяся 0,1 % имеет различия, отражающие накопленные со временем мутации. По этим мутациям можно судить, насколько родственны два человека друг другу, и получить очень точную информацию о прошлом.
Естественно, большинство биологов интересует информация, закодированная в генах, но есть и другая сторона дела – различия между последовательностями. Источником различий могут быть ошибки при копировании геномов (эти ошибки мы знаем как мутации), произошедшие в какой-то момент прошлого. Именно эти различия, появляющиеся с частотой одна на тысячу “букв”, генетики и исследуют для расшифровки нашей истории. На три миллиарда букв в обычных неродственных геномах приходится около трех миллионов различий. Если на том или ином участке генома плотность различий повышена, значит, этот участок генома принадлежал более далекому общему предку, потому что мутации в геноме накапливаются примерно с одинаковой скоростью. Следовательно, плотность различий служит своего рода биологическим стоп-кадром, фиксирующим время, прошедшее от того или иного ключевого события.
Первые чудеса исторической генетики открыли на базе изучения митохондриальной ДНК. Это крошечная часть всего генома – одна двухсоттысячная часть, – которая наследуется только от матери к дочери, к внучке и т. д. В 1987 году Алан Уилсон с коллегами отсеквенировали митохондриальную ДНК (то есть прочитали ее последовательность) нескольких сотен людей со всего света. Сравнив мутации в этих ДНК, команде Уилсона удалось для людей в выборке построить генеалогическое дерево по материнской линии. И вот что они обнаружили: мутации самой древней ветви этого дерева, то есть отделившейся от общего ствола раньше всех, выявляются только у людей, живущих южнее Сахары. Отсюда они предположили, что предки современного человечества жили в Африке. Зато все неафриканское человечество происходит от ветви, отошедшей от общего ствола позже всех
. Эти выводы стали важной частью теории об африканских предках современных людей. В ней великолепным образом соединились данные археологии, генетики и морфологии скелетов, которые все вместе говорят о том, что предки современных людей жили в Африке несколько сотен тысяч лет назад. Зная скорость накопления мутаций, Уилсон с коллегами подсчитали, что последний общий предок всех линий, а точнее, общая прародительница, “митохондриальная Ева”, жила где-то 200 тысяч лет назад
. Согласно наиболее правдоподобным новейшим уточнениям, эта цифра составляет 160 тысяч лет, но нельзя забывать, что и она, как и все другие генетические датировки, неточна, потому что реальная скорость появления мутаций у человека остается в известной степени неопределенной
.
Эти цифры очень порадовали – существование столь недавнего общего предка позволяло сбросить со счетов мультирегиональную гипотезу, согласно которой теперешнее человечество, населяющее различные части Африки и Евразии, унаследовало многие черты от Homo erectus, расселившихся по всему миру очень давно, около 1,8 млн лет назад. Homo erectus – это вид людей, у которых мозг на треть меньше нашего и которые производили простые грубые каменные орудия. В рамках мультирегиональной гипотезы предполагается, что потомки Homo erectus эволюционировали параллельно в Африке и Евразии, дав начало популяциям, существующим на этих территориях и поныне. И если она верна, то митохондриальные последовательности ныне живущих людей должны были разойтись те самые 2 млн лет назад, когда люди Homo erectus распространились по миру. Но генетические данные не укладывались в эту гипотезу. И то, что все современные люди имеют общую митохондриальную прародительницу с датировками в десять раз моложе, означает, что нынешнее человечество происходит от африканских предков, покинувших Африку гораздо позже.
Если обратиться к антропологическим данным, то сценарий будет выглядеть следующим образом. Самые ранние скелетные остатки “анатомически современного” человека – то есть с признаками, попадающими в диапазон изменчивости сегодняшнего человечества, и в особенности это касается выпуклого свода черепной коробки – датируются приблизительно 200–300 тысячами лет назад, и все они из Африки
. Если опираться на достоверные данные, за пределами Африки на Ближнем Востоке анатомически современный человек появился не раньше 100 тысяч лет назад, и до отметки в 50 тысяч лет следы его присутствия очень и очень редки
. Резкая смена типов каменных орудий тоже указывает на рубеж 50 тысяч лет, когда происходили какие-то исключительные изменения. Этот рубеж маркирует в Западной Евразии наступление верхнего палеолита, как его называют археологи, а в Африке соответствующий рубеж именуется поздним каменным веком. После этого перехода технологии производства каменных орудий стали совсем другими, и они менялись каждые несколько тысяч лет, что несравнимо с прежним черепашьим темпом. От того времени осталось гораздо больше артефактов, раскрывающих духовную и культурную жизнь людей: бусины из страусиной скорлупы, полированные каменные браслеты, краски для тела из рыжей охры (это оксид железа) и первое в мире изобразительное искусство[3 - В 2018 году уран-ториевым методом удалось заново датировать наскальные рисунки из трех пещер Юго-Восточной Испании (Ла-Пасьега, Мальтравиесо и Ардалес); датировки наиболее древних рисунков составили 65 тысяч лет. Это на 20 тысяч лет раньше любых кроманьонских рисунков. Эти и некоторые другие данные подтверждают, что символизм существовал у неандертальцев вне связи с символизмом современных людей. См.: Hoffmann et al., 2018, Science, 359, p. 912–915, Hoffmann et al., 2018, Science Adv., 4, eaar5255. (Прим. перев.)]. Древнейшая известная статуэтка датируется возрастом 40 тысяч лет – это вырезанный из мамонтового бивня “человек-лев”, найденный в пещере Холенштайн-Штадель в Германии
. А 30-тысячелетние рисунки доледниковых животных на стенах пещеры Шове во Франции и сегодня считаются примером выдающегося искусства.
Резкое ускорение в смене картин жизни, которое мы видим в археологической летописи моложе 50 тысяч лет, отражено и в популяционной истории. Населявшие Европу неандертальцы, которых считают “архаичными” (архаичными в том смысле, что признаки их морфологии не попадают в диапазон изменчивости современных людей), после этого рубежа вымерли, сдав свои последние оборонительные позиции в Западной Европе где-то 41–39 тысяч лет назад, примерно через 8 тысячелетий после прихода туда современных людей
. Смена популяций произошла повсюду в Евразии, а также в Южной Африке – там, судя по имеющимся данным, люди оставляли обжитые территории, на их месте появлялись носители культур позднего каменного века
.
Напрашивается логичное объяснение, что причиной всех этих изменений стало расселение популяций линий современных людей, среди чьих предков была и “митохондриальная Ева”. Они практиковали изготовление новых сложных изделий, и они же по большей части замещали прежнее население повсюду, куда бы ни пришли
.
Манящий образ генетического переключателя
Когда в 80–90-х обнаружилось, что генетика может в какой-то степени рассудить конкурирующие гипотезы о происхождении человека, то сразу появились радужные надежды, что именно в рамках генетики можно получить простые ответы на все вопросы. Некоторым даже казалось, что генетика способна на нечто большее, чем просто дать фрагмент доказательств в пользу гипотезы расселения современного человека из Африки и с Ближнего Востока 50 тысяч лет назад. А может, вообще причиной расселения людей из Африки стали изменения в генах? Тогда получится объяснение ускорения хода археологической летописи, простое и красивое, записанное всего четырьмя буквами в ДНК.
Ричард Клейн стал тем антропологом, который и выдвинул эту идею: поведенческие инновации, отличающие нас от наших предков, могут объясняться неким генетическим изменением. Он говорил, что революция позднего каменного века в Африке или позднепалеолитическая в Евразии – а это около 50 тысяч лет назад, – когда богато проявились признаки поведения современного человека[4 - Имеется в виду: сложные составные орудия, ритуальное поведение, включая погребения, символизм и искусство. (Прим. перев.)], связана с распространением одной мутации, повлиявшей на работу мозга, отсюда и новые орудийные технологии, и сложное поведение.
Согласно клейновской теории, такая мутация должна была стать триггером для становления определенного полезного признака, такого как символический язык. Клейн полагал, что современное поведение появилось только после этой мутации, а до того люди были к нему просто не способны. В подтверждение этой теории можно привести примеры по другим видам, когда небольшое число генетических изменений приводит к ярким адаптациям: так, мексиканскому дикому растению теосинте с маленькими колосками потребовалось всего пять мутаций, чтобы стать той кукурузой с огромными початками, которую мы видим на полках сегодняшних супермаркетов
.
Едва появившись, теория Клейна тут же подверглась принципиальной критике. Среди серьезных оппонентов отмечу Салли Макбрерти и Элисон Брукс, показавших, что каждый из признаков, которые у Клейна характеризуют отличительное для современных людей поведение, появился в Африке или на Ближнем Востоке на десятки тысяч лет раньше перехода к верхнему палеолиту (или позднему каменному веку)
. Но даже если и так и никакой из признаков нельзя считать новым, Клейн все же подчеркнул кое-что очень важное. Признаки современного поведения после рубежа в 50 тысяч лет становятся многочисленными и неоспоримыми, что поднимает вопрос о вкладе биологии в эту революцию.
В период всеобщей веры во всесилие генетики, будто она способна дать простые ответы на великие загадки, появляется Сванте Пэабо. Он начал свою работу в лаборатории Алана Уилсона, когда там только-только открыли “митохондриальную Еву”, а потом, став изобретателем почти всех приемов, подготовивших революцию древней ДНК, прочитал геном неандертальца. В 2002 году Пэабо с коллегами исследовали мутации в гене FOXP2 в линиях людей и шимпанзе и обнаружили две мутации, различающие их. В итоге решили, что вот они, кандидаты на роль триггера крупных изменений, произошедших 50 тысяч лет назад. За год до того медики выяснили, что мутации в этом гене приводят к нарушениям речи – пациенты не могут справиться со сложным языком и грамматическими правилами, хотя другие когнитивные функции у них в норме
. А Пэабо со своей группой показал, что белок, кодируемый FOXP2, очень консервативен: на протяжении сотни миллионов лет эволюции, разделяющей мышей и шимпанзе, этот ген оставался неизменным. Но в человеческой линии после ее размежевания с линией шимпанзе появилось сразу две мутации в этом гене, что означает ускорение его эволюции именно в человеческой линии
. Позже в лаборатории Пэабо была выращена мышь со встроенным работающим человеческим вариантом гена FOXP2. Мышь была во всех отношениях обычной, но только пищала по-особенному, а это согласуется с тем, что данный ген влияет на звуковую функцию
. Конечно, две мутации не могли вызвать все те изменения, которые происходили 50 тысяч лет назад, потому что неандертальцы тоже несут эти две мутации
, но группа Пэабо выявила и третью мутацию, определяющую, когда и в каких клетках ген FOXP2 будет синтезировать свой белок. И эта третья мутация есть у всех ныне живущих людей, но отсутствует у неандертальцев, так что именно она и стала претендовать на роль эволюционного игрока в процессе становления современного человека после его отделения от неандертальцев сотни тысяч лет назад
.
Так или иначе, вне зависимости от функции FOXP2 у современных людей, именно поиском генетической базы становления современного человека Пэабо обосновывал работы по секвенированию геномов древних людей
. В серии статей, вышедших между 2010 и 2013 годами, где разбирались прочтения полных древних геномов, в том числе и неандертальских, Пэабо указал сотню тысяч участков ДНК, по которым все современные люди отличаются от неандертальцев
. И в этом списке мутаций наверняка прячутся какие-то очень важные, но мы еще не умеем как следует в них разбираться, что еще раз подчеркивает нашу общую проблему – в вопросах чтения генома мы пока сущие дети. И если мы уже научились расшифровывать отдельные слова – мы знаем, как последовательность “букв” ДНК преобразуется в белки, – то смысл целых предложений пока нам неведом.
Открою печальную правду: примеры мутаций, подобных FOXP2, то есть частота которых увеличилась только у современного человека и функция которых известна, можно по пальцам пересчитать. И в каждом из таких случаев знания добывались в упорной многолетней битве, аспиранты и специалисты выводили с помощью генной инженерии мышей и рыбок… Так что потребуется что-то вроде эволюционного Манхэттенского проекта, чтобы проверить функцию каждой мутации, отличающей нас от неандертальцев. Мы, как представители своего вида, просто обязаны запустить такой Манхэттенский проект по эволюционной биологии человека. Но даже если мы его запустим и выполним, результаты, как я предвижу, будут настолько сложны – ведь человеческое в нас складывается из очень и очень многих отдельных генетических изменений, – что мало кто сможет понять их суть. По моему мнению, на уровне молекулярных механизмов вряд ли найдется когда-нибудь логически красивое и эмоционально удовлетворительное объяснение поведенческим новшествам современных людей.
Пускай изучение одного-двух участков генома не может дать содержательного объяснения эволюции поведения современного человека, но вот что удивительно: достижения геномной революции позволили осветить другую часть проблемы – историческую. Анализируя весь геном целиком – не только митохондриальную ДНК или Y-хромосому, которые дают нам короткие временные отрезки, но всю историю предков, записанную в геноме, – мы начали набрасывать новую картину нашего пути к тем нам, которыми мы теперь стали. Она строится на миграциях человека, и в этой книге мы рассмотрим, как перемешивались популяции.
Сотня тысяч Адамов и Ев
В 1987 году журналист Роджер Льюин окрестил общего предка по женской линии (прародительницу) всех живущих сегодня людей “митохондриальной Евой”, и это наименование сразу стало ассоциироваться с историей творения: вот она, женщина, наша общая праматерь, чьи потомки расселились по всему свету
. “Митохондриальная Ева” захватила воображение буквально всех, это наименование используется сейчас не только в обиходе, но и многими учеными, обозначая общего предка людей по материнской линии. Но оно больше сбивает с толку, чем помогает что-то понять. Кажется, будто наша ДНК унаследована от каких-то двух конкретных индивидов, и чтобы узнать нашу историю, достаточно проследить изменения в женской линии и в мужской линии; первая представлена митохондриальной ДНК, а вторая Y-хромосомой. В рамках этой вдохновляющей возможности в 2005 году Национальное географическое общество запустило “Генографический проект”: были собраны образцы мтДНК и Y-хромосом у миллиона людей из самых разных этнических групп. Но проект устарел, даже не начавшись. Он был скорее познавательно-развлекательным, а научных результатов дал не так много. С самого начала было ясно, что информация о человеческом прошлом, которую можно извлечь из мтДНК и Y-хромосомы, уже по большей части разобрана и гораздо более интересные сюжеты скрываются в целых геномах.
На самом деле в геномах записана история самых разных предков – десятков тысяч независимых генеалогических линий, а не только тех, которые прослеживаются по мтДНК и Y-хромосоме. Чтобы это понять, нужно хорошо себе представлять, что геном за пределами мтДНК – это не одна нераздельная последовательность, передающаяся в поколениях от конкретного предка, а последовательность мозаичная. В клетке сорок шесть мозаичных кусочков – это хромосомы, сорок шесть физически обособленных длинных цепочек. Геном состоит из 23 хромосом, а так как у человека два генома, от папы и от мамы, то общее число хромосом получается сорок шесть.
Но и сама хромосома состоит из мозаики еще более мелких кусочков. Представим, что в женской хромосоме, попавшей в яйцеклетку, одна треть, скажем, принадлежала отцу женщины, а две трети – ее матери, и это результат переплетения материнской и отцовской копий данной хромосомы в яичниках женщины. Когда в яичниках формируется яйцо, то в среднем происходит сорок пять подобных перетасовок, а у мужчин при образовании спермы – двадцать шесть перетасовок, так что в сумме на поколение приходится семьдесят одна перетасовка
. А когда мы углубляемся в прошлое от какого-то конкретного генома, то с каждым поколением число возможных перетасовок в нем будет многократно увеличиваться, и этот геном будет слагаться из все большего числа перетасованных фрагментов предковых геномов.
Все это означает, что наши геномы хранят информацию от великого множества предков. Геном любого человека составляют 47 цепочек ДНК, представляющих хромосомы от мамы и от папы плюс материнская митохондриальная последовательность. Отодвинемся на поколение в прошлое – теперь в этом геноме будут 47 фрагментов хромосом от мамы и папы и 71 фрагмент от их мам и пап, то есть около 118 разных фрагментов. Если отойти еще на одно поколение в прошлое, то в геноме окажется уже 189 разных фрагментов (47 плюс 71 плюс следующие 71), переданных от четырех прабабушек и прадедушек. Смотрим в прошлое дальше – и добавляемое в поколении число предковых фрагментов ДНК быстро увеличивается, но число предков обгоняет его за счет того, что предыдущих прародителей всегда двое. Скажем, десять поколений предков дадут 757 фрагментов, а число самих предков будет 1024 – значит, среди них наверняка окажется сотня-другая предков, от которых в конкретном геноме вообще не осталось никакой ДНК. А если отступить на двадцать поколений в прошлое, то число предков окажется в тысячу раз больше числа предковых фрагментов ДНК в нашем конкретном геноме, поэтому очевидно, что подавляющая часть реально существовавших предков любого человека не оставила в его геноме никаких фрагментов своих ДНК.
Эти цифры показывают: генеалогическая история, реконструированная по историческим свидетельствам, совсем не то же самое, что история генетического наследия. Так, Библия или хроники королевских фамилий содержат записи, кто родил кого на протяжении десятков поколений. Но, даже имея подобные точные сведения, можно утверждать почти наверняка, что королева Елизавета II английская не унаследовала никакой ДНК от Вильгельма Завоевателя, который пришел в Англию в 1066 году и, как считается, был праотцом Елизаветы в 24-м поколении
. Это вовсе не означает, что у нее нет ДНК от столь далеких предков; мы должны это понимать в том смысле, что лишь 1751 из всех ее 16 777 216 генеалогических предков 24-х поколений оставили королеве свою ДНК. А это настолько ничтожная доля, что единственное, что могло поставить Вильгельма в ряд Елизаветиных генетических предков, – это тысячекратное пересечение его генеалогических потомков, что выглядит маловероятным даже с учетом высокого уровня инбридинга в английской королевской семье.
Чем дальше от нас поколение, тем больше в нашем геноме будет рассеяно предковых фрагментов, от все большего и большего числа предков. Заглянем на 50 тысяч лет в прошлое – и увидим в нашем геноме более сотни тысяч фрагментов предковой ДНК, а это больше, чем людей в любой из живших тогда популяций. Так что мы унаследовали ДНК от практически всех членов тогдашней популяции, имевших на тот момент приличное число отпрысков.
Рис. 4. С каждым поколением назад в прошлое число моих (и ваших) предков удваивается. При этом приходящее от них в каждом поколении число новых фрагментов ДНК увеличивается только на 71. Это означает, что среди моих предков восемь или больше поколений назад найдутся такие, кто не оставил мне никакого ДНК-наследия. А если уйти на 15 поколений назад, то вероятность того, что каждый мой предок передал мне толику своей ДНК, окажется исчезающе мала.
Однако есть некоторый временной предел, дальше которого невозможно продвинуться, сравнивая геномы. Если мы будем прослеживать тот или иной фрагмент ДНК поколение за поколением в прошлое, то в какой-то момент упремся в такую точку, начиная с которой все окажутся потомками одного предка, и сравнение ныне живущих людей ничего не говорит о времени дальше (древнее) этой точки. Астрофизик назвал бы такую ситуацию черной дырой: действительно, дальше этого общего предка никакая информация не может просочиться. Для митохондриальной ДНК такая черная дыра находится примерно 160 тысяч лет назад, это датировка “митохондриальной Евы”. А черная дыра для подавляющей части остального генома – где-то между пятью и шестью миллионами лет назад, так что эта часть дает информацию о временах существенно более древних, чем мтДНК
. А за ними все темно.
Как мы теперь можем прослеживать в прошлое многочисленные линии в геноме – это просто фантастика. Когда я думаю о геноме, то моему внутреннему взору представляется не какая-то материя здесь и сейчас, а нечто из глубокого прошлого, гобелен из разноцветных ниток, которые суть цепочки ДНК, передающиеся от родителей к детям, внукам и праправнукам, исчезающие где-то в глубине времен. Эти нити перевиваются между собой, охватывая целые родственные пучки даже большего числа предков и неся информацию о размерах и структуре каждой из популяций. Так, к примеру, когда афроамериканец говорит, что у него 80 % западноафриканских кровей и 20 % европейских, то это нужно понимать так, что 80 % всех его индивидуальных нитей уходят в Западную Африку, а 20 отправляются в Европу 500 лет назад, еще до европейского колониализма и соответствующей волны миграций и появления полукровок. Но и это всего лишь часть правды, как несколько кадров, выхваченных из фильма о прошлом. Если смотреть шире, то 100 тысяч лет назад большая часть и афроамериканских предков, и вообще всех нас жила в Африке.
История, которая сложилась из геномных тысяч
В 2001 году был впервые отсеквенирован человеческий геном. Это подразумевает, что удалось прочитать большую часть составляющих его химических букв. Из них около 70 % принадлежали одному человеку, афроамериканцу
