Энергия, секс, самоубийство - Ник Лэйн

К счастью, в нашем распоряжении есть кое-что еще. Чтобы понять наше прошлое, мы можем заглянуть в самих себя. Все гены со временем накапливают мутации, и их последовательности постепенно расходятся. Чем дольше происходила дивергенция групп, тем больше различий накопилось в последовательностях генов. Таким образом, если мы сравним результаты секвенирования ДНК группы людей, мы можем примерно оценить степень их родства (по крайней мере, друг относительно друга). Чем меньше различий, тем теснее родство. Уже в 1970-е гг. генетики занялись популяционными исследованиями человека и стали изучать генетические различия между представителями разных рас. Результаты свидетельствовали о том, что межрасовая изменчивость не столь значительна, как считалось раньше. Как правило, изменчивость в пределах рас больше, чем межрасовая изменчивость, а это говорит о том, что общий предок всех людей жил относительно недавно. Более того, самая значительная изменчивость отмечена у коренных жителей Африки к югу от Сахары. Это значит, что последний общий предок всех человеческих рас действительно жил в Африке, причем относительно недавно, во всяком случае менее миллиона лет назад.

К сожалению, этот подход имеет много недостатков. Ядерные гены накапливают мутации очень медленно, миллионы лет. Человек и шимпанзе все еще имеют 95–99 % общих последовательностей ДНК (точная цифра зависит от того, считаем ли мы некодирующую ДНК). Если метод, основанный на генных последовательностях, с трудом позволяет отличить человека от шимпанзе, то для различения человеческих рас явно нужно что-то более тонкое. Еще одна проблема этого метода — неясность, касающаяся роли естественного отбора. В какой мере гены дивергируют свободно и с одинаковой скоростью (нейтральный эволюционный дрейф), а в какой на скорость изменений влияет отбор, благоприятствующий сохранению определенных последовательностей? Это зависит не только от генов, но и от их взаимодействия друг с другом, а также от факторов окружающей среды — климата, питания, инфекций и миграций. Однозначного ответа, как правило, нет.

Но основная проблема метода, основанного на анализе ядерных генов, — это опять же половой процесс. При нем происходит рекомбинация генов из разных источников, и поэтому все люди, кроме однояйцевых близнецов и клонов, генетически уникальны. Это, в свою очередь, затрудняет определение родословной. Узнать, происходит ли человек от Вильгельма Завоевателя, Ноя или Чингисхана, можно, только изучив исторические источники (буде таковые имеются). Фамилия кое-что говорит о происхождении, но гены, как правило, фамилий не имеют. Два разных гена, скорее всего, происходят от двух разных предков. Мы возвращаемся к проблеме эгоистичного гена, которую обсуждали в части 5 книги: особи вида, размножающегося половым путем, эфемерны, как облака, лишь гены пребывают в веках.

Поэтому мы можем изучить историю генов и измерить их частоту в популяции, но выяснить их индивидуальное происхождение сложно, а уточнить время происхождения еще сложнее.

Вниз по материнской линии

Так обстояло дело почти двадцать лет назад, когда Канн, Стоункинг и Уилсон опубликовали свое исследование митохондриальной ДНК. Они указали на тот факт, что странный характер наследования митохондрий позволяет обойти многие проблемы метода, основанного на ядерных генах. Использование митохондриальной ДНК позволяет не только проследить эволюционные линии, но и приблизительно датировать их расхождение.

Первое принципиальное отличие ДНК митохондрий от ДНК, хранящейся в ядре, — это частота мутаций. В среднем частота мутаций в митохондриальной ДНК почти в двадцать раз выше, хотя конкретные цифры варьируют в зависимости от изучаемых генов. Такая высокая частота мутаций, как правило (но важно помнить, что не всегда), равнозначна высоким темпам эволюции и связана с близостью митохондриальной ДНК к свободным радикалам, образующимся при клеточном дыхании. Этот эффект усиливает межрасовые различия. Если ядерная ДНК едва позволяет различить шимпанзе и людей, митохондриальные часы позволяют выявить различия, накопившиеся за десятки тысяч лет, а это как раз самая подходящая скорость для изучения древнейшей истории.

Второе различие, утверждали Канн, Стоункинг и Уилсон, заключается в том, что человек наследует всю свою митохондриальную ДНК от матери. Поскольку наша митохондриальная ДНК происходит из одной яйцеклетки, воспроизводится клонально при делении митохондрий во время эмбрионального развития и последующей жизни, вся она (теоретически) абсолютно одинакова. Это означает, что митохондриальная ДНК, взятая, например, из печени человека, окажется точно такой же, как и митохондриальная ДНК, взятая из кости. Оба образца будут полностью совпадать с митохондриальной ДНК матери этого человека, а митохондриальная ДНК матери точно такая же, как у ее матери и так далее. Иными словами, митохондриальная ДНК — это фамилия, передающаяся по материнской линии, словно бы ее носители, взявшись за руки, образовали цепь, растянувшуюся на века. Колода ядерных генов тасуется и сдается заново в каждом поколении, а вот митохондриальные гены позволяют нам проследить судьбу людей и их потомков.

Третья особенность аспекта митохондриальной ДНК, которую использовала команда из Беркли, — это постоянные темпы ее эволюции. Частота мутаций, будучи высокой, остается примерно постоянной на протяжении тысяч или миллионов лет. Это допущение основано на предположении, что давление отбора на митохондриальные гены невелико, поскольку они выполняют лишь некоторые черновые работы. В каждом поколении происходят случайные мутации, и по мере того как средние значения уравновешиваются, они накапливаются с постоянной скоростью, словно под равномерные удары метронома, приводя к постепенному расхождению потомков «митохондриальной Евы». Допущение, возможно, небесспорное, и в последующих версиях этого метода акцент был сделан на «контрольном участке» митохондриальной ДНК — последовательности из 1000 пар оснований, которая не кодирует белки и поэтому, как утверждалось, не подвержена действию естественного отбора (мы вернемся к этому чуть позже)[64].

Какова же скорость хода митохондриальных часов? На основании приблизительно известных сроков колонизации определенных районов (Новая Гвинея была заселена минимум 30 тысяч лет назад, Австралия — 40 тысяч лет назад, обе Америки — 12 тысяч лет назад), Уилсон и его соавторы подсчитали, что скорость дивергенции составляет примерно 2–4 % за миллион лет. Эта цифра хорошо соответствует оценкам, полученным на основании дивергенции человека и шимпанзе, которая началась примерно шесть миллионов лет назад.

Если скорость подсчитана правильно, то различия между 147 образцами митохондриальной ДНК говорят о том, что последний общий предок людей, у которых были взяты ее образцы, жил примерно 200 тысяч лет назад. Более того, как и в исследованиях ядерной ДНК, наиболее значительная дивергенция была отмечена среди африканских популяций, то есть наш последний общий предок, вероятно, был африканцем. Третий важный вывод, который сделали Канн, Стоункинг и Уилсон в статье 1987 г., касался характера человеческих миграций. Большинство популяций за пределами Африки оказались «полигенными», то есть у народов, населяющих один и тот же район, встречаются разные последовательности митохондриальной ДНК. Это наводит на мысль о том, что многие районы мира колонизировались неоднократно. Подводя итог, группа Уилсон пришла к выводу, что «митохондриальная Ева» жила в Африке не так давно и что все остальные районы мира были заселены за счет нескольких миграционных волн с этого континента. Это подтверждает гипотезу о том, что Африка была колыбелью человечества.

Эти исключительно важные открытия заложили основы новой научной области, которая динамично развивалась в 1990-х гг. Наконец-то оказалось возможным предложить «строгие научные ответы» на многие вопросы, связанные с антропологией, популяционной генетикой, а также лингвистическими и культурными аспектами древней истории. Многочисленные технические усовершенствования метода позволили уточнить некоторые даты (теперь считают, что «митохондриальная Ева» жила 170 тысяч лет назад), но в основе всей последующей работы лежали положения Уилсона и его коллег. Сам Уилсон, поистине харизматическая личность, как ни печально, умер в расцвете сил от лейкемии в 1991 г. Ему было всего 56 лет.

Уверен, что Уилсон гордился бы достижениями научной области, у истоков которой он стоял. Анализ митохондриальной ДНК ответил на многие вопросы, которым, казалось, суждено было вечно оставаться спорными. Один из них — это происхождение народа, населяющего отдаленные острова Полинезии. Знаменитый норвежский исследователь Тур Хейердал утверждал, что они были заселены из Южной Америки. Чтобы доказать это, он построил плот из бальзовых бревен, назвал его «Кон-Тики» и в 1947 г. отплыл на нем с пятью спутниками из Перу. Через 101 день они прибыли на острова архипелага Туамоту, преодолев расстояние в 8 тысяч километров. Конечно, этим они доказали только то, что это возможно, а не то, что это действительно было. Анализ митохондриальной ДНК не подтверждает гипотезу заселения Полинезии из Южной Америки, а говорит о том, что Полинезия была заселена с запада и что было по крайней мере три волны миграции, что согласуется с результатами более ранних лингвистических исследований. Примерно у 94 % жителей Полинезии последовательности митохондриальной ДНК сходны с аналогичными последовательностями народов Индонезии и Тайваня; 3,5 %, по-видимому, происходят из Вануату и Папуа — Новой Гвинеи, а еще 0,6 % — с Филиппинских островов. Интересно, что у 0,3 % жителей митохондриальная ДНК соответствует ДНК некоторых индейских племен Южной Америки, а значит, в доисторические времена между Полинезией и Южной Америкой все же могли быть какие-то контакты.