Путешествие наших генов - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Йоханнес Краузе (ч. notes)

Примечания

1

При полимеразной цепной реакции моделируется процесс, который происходит в нашем теле миллионы раз в день: дупликация генома при строительстве новых клеток тела. В пробирке при этом вводятся в строй такие же энзимы, что и в теле. За несколько часов благодаря постоянному удваиванию из одной молекулы ДНК могут выйти миллиарды молекул. — Здесь и далее примеч. автора, если не указано иное.

2

Этот наследственный материал человек наследует вместе с 23 хромосомами матери и отца. Хромосома, которую дополнительно передает по наследству отец — Y или X, определяет, будет ребенок мальчиком или девочкой.

3

Расшифровку человеческого генома, как огромный пирог, разделили между тысячами лабораторий. Они были настоящими фабриками с дорогостоящими машинами для секвенирования ценой в десятки миллионов долларов. Каждая лаборатория в формате непрерывного вычислительного марафона годами секвенировала миллионы пар оснований (Basenpaare). В конечном итоге результаты работы отдельных лабораторий были сведены воедино, и получилось огромное общее целое.

4

Как бы это ни было парадоксально, новое знание может усугубить старые сомнения. Допустим, родителям вскоре после рождения ребенка станут письменно сообщать, какие риски будут сопровождать его по жизни. Для некоторых эти знания обернутся слишком большим напряжением уже потому, что данные из секвенатора должны быть сопоставимы со статистической вероятностью.

5

С XIX века археологи исследуют кости и артефакты — посуду, оружие, украшения — и пытаются вычислить, как жили и когда расселились по миру их предки. Очень долго археология работала как судоку: общая картинка складывалась медленно, из комбинации многочисленных находок в сочетании с другими источниками. Например, если керамическая миска определенного вида была найдена рядом с одним скелетом, а другая подобная миска рядом с другим, считалось, что эти люди принадлежат к одной культуре и одной эпохе. По другим находкам, сделанным вблизи, например по надписям или инструментам, пытались расположить эпохи по порядку. Еще в XX веке временные классификации почти всегда основывались на грубых оценках, а для скелетов, найденных без каких-либо атрибутов, оценки были и вовсе невозможны. Ситуацию изменил радиоуглеродный метод, без которого была бы немыслима современная археология. Разработанный в 1946 году «метод С¹⁴» использует в качестве измеряемой величины физическую константу: распад радиоактивного углерода — вещества, которое содержится в археологических артефактах из органических материалов и работает как встроенные часы. Метод измерения основан на процессах распада углерода, строительного материала жизни. Через фотосинтез он находит свой путь в растения, через пищевую цепочку попадает в человека и животное, а затем снова частично попадает в атмосферу. Там с помощью солнечного излучения он принимает форму нестабильных радиоактивных изотопов, так называемых С¹³ и С¹⁴. Наряду с этими нестабильными изотопами растения при росте выстраивают С¹² — исходный стабильный вариант углерода, который не меняется под воздействием солнечного излучения. Но за тысячелетия с нестабильными изотопами С¹³ и С¹⁴ кое-что происходит — они снова стремятся к стабильной форме С¹². Это физическая константа, этот процесс происходит с одной и той же скоростью во все времена, независимо от внешнего влияния. Такая устойчивость делает радиоуглеродный метод выигрышным. На очень многих местах археологических раскопок находятся объекты, содержащие углерод, и очень часто это кости или сгоревшее дерево. Соотношение стабильных и нестабильных углеродных изотопов позволяет вычислить, до каких пор в дерево или костный материал встраивались нестабильные изотопы, то есть когда эти организмы были живыми. С 1960-х годов метод С¹⁴ считается стандартным археологическим методом, миллионы археологических объектов были датированы таким образом. И для археогенетики эти данные тоже незаменимы. ДНК костей открывает окно в их прошлое, но без знания о том, когда это окно было открыто, все остальные познания далеко не так ценны.

6

Каждый человек наследует от своих родителей от 30 до 60 таких мутаций, большинство из них — от отца: в сперме, благодаря ее постоянному воспроизводству, мутаций встречается больше, чем в яйцеклетках, с которыми девочки уже рождаются и которые не обновляются.

7

ДНК как строительный чертеж жизни основана на принципе трансляции и транскрипции. ДНК как носитель информации считывается в клеточном ядре и транскрибируется в так называемую РНК. Эта РНК транспортирует информацию ДНК из клеточного ядра. Рибосомы, маленькие белковые фабрики внутри клеток, считывают эту информацию и на основании полученных сведений производят белок. Решающий фактор для производства белков — последовательность пар оснований, которые считываются с ДНК в клеточном ядре.

8

У ядерной ДНК с ее 3,3 миллиарда пар оснований заметна более высокая информационная плотность, чем у митохондриальной ДНК, у которой всего 16 500 пар. Но ядерная ДНК в каждой клетке встречается лишь дважды, и в каждом случае она унаследована либо от матери, либо от отца. Митохондриальная ДНК же, напротив, встречается от 500 до 1000 раз, и всякий раз в идентичной форме.

9

Женщина, родившая дочь и сына, передает свою митохондриальную ДНК обоим детям. Внукам же передается только митохондриальная ДНК, унаследованная от дочери, от которой ее передадут своим детям тоже только внучки. Если бы выстроилась очередь, уходящая на тысячу лет назад, и каждая дочь рожала бы по дочери и сыну, то, при поколении в 30 лет, за тысячу лет на свет появились бы 33 женщины с одинаковыми митохондриальными ДНК и еще 32 мужчины, которые, однако, не передают свою митохондриальную ДНК детям. Если же у каждой дочери родится две дочери, то в одном временном периоде будет больше восьми миллиардов женщин с этой митохондриальной ДНК плюс еще сыновья этих женщин. Если мы проследим все свои родословные по части митохондриальной ДНК, каждый из нас в какой-то момент обнаружит общую прародительницу с другим ныне живущим человеком. Но оригинальную митохондриальную ДНК митохондриальной Евы никто больше в себе не несет, хоть мы все и произошли от этой женщины. За последние 160 000 лет накопилось большое число мутаций, которые привели к бесчисленным разделениям на различные линии митохондриальных ДНК.

10

Чем больше различий в митохондриальных ДНК у двух современных людей, тем раньше произошло их разделение. Поскольку в митохондриальной ДНК примерно каждые 3000 лет гарантированно происходит мутация, человек, живущий в наши дни, мог бы иметь в своей митохондриальной ДНК 33 мутации, которых у его предков 100 000 лет назад еще не было. При разделении двух человеческих форм, неандертальца и современного человека, этот эффект удваивается: одна форма развивает за 100 000 лет примерно 33 мутации, другая столько же, что дает разницу в 66 мутаций. Если рассматривать, к примеру, митохондриальную ДНК трех человеческих форм — денисовца, неандертальца и современного человека, — то с помощью генетических часов можно определить, когда и кто от кого должен был отделиться. Точно так же работают и расчеты относительно отделения шимпанзе от человека: на основании различий в митохондриальной ДНК ныне живущих представителей приматов обоих видов можно вычислить, что они разделились примерно семь миллионов лет назад. (Генетические часы в эти временные промежутки несколько менее надежны, чем в отношении разделений, произошедших в не такое далекое время, между современными людьми). В ядерной ДНК заметно больше унаследованных мутаций — не как в митохондриальной, одна в 3000 лет, а три в год. Тут генетические часы работают так же, только для них есть гораздо больше измеримых мутаций.

11

Разделение имело место в Африке, распространение вплоть до Иберийского полуострова потребовало некоторого времени.

12

У каждого человека двое родителей, четыре бабушки и дедушки, восемь прабабушек и прадедушек и 16 прапрабабушек и прапрадедушек. Так охватываются четыре поколения — от 80 до 100 лет. Если же родословная уходит на 20 поколений назад, то есть на 400–500 лет, то речь идет уже примерно о миллионе «прародителей». Для 30 поколений их уже больше миллиарда — по большей части это люди, жившие на земле 650 лет назад. А если вернуться на 40 поколений, прошедших со времен Карла Великого, мы чисто арифметически придем к более чем миллиарду праотцов и праматерей. Чисто теоретический расчет: тогда не у всех людей были дети, но у некоторых их было больше обычного. Многие линии родословной, которые прослеживаются во времени, пересекаются и концентрируются на тех предках, у кого детей было больше среднего. Из этого следует, что все люди, жившие 600–700 лет назад, которые имели детей и потомки которых до сих пор последовательно обзаводились потомством, с большой вероятностью встречаются в родословных всех ныне живущих европейцев.

13

Этот временной промежуток определяется с помощью другого анализа ДНК — анализа ДНК неандертальца, который жил около 12 000 лет назад вблизи Ульма. Его митохондриальная ДНК отличалась от митохондриальных ДНК всех доселе известных неандертальцев, которые жили позже и несли в себе митохондриальную ДНК архаических сапиенсов. С помощью генетических часов удалось выяснить, что две эти неандертальские популяции должны были разделиться не позднее чем 220 000 лет назад. Когда-то между испанским неандертальцем и этим разделением в Европу должны были прийти архаические сапиенсы и передать свою митохондриальную ДНК неандертальцам. Где именно это произошло, сказать нельзя — это могло произойти и на Ближнем Востоке.

14

На африканском континенте тоже имелись естественные барьеры, но их было далеко не так много и они не были такими непреодолимыми — та же Сахара, к примеру, была гораздо меньше, чем сегодня, и временами даже полностью покрывалась зеленью. Между архаическими сапиенсами в Африке могло быть меньше границ, а следовательно, больше генетического обмена.

15

Во всей Европе и Азии нам известны останки не более 350 неандертальцев. В Германии до сегодняшнего дня было обнаружено всего полдюжины особей. Само по себе место Неандерталь — одно из самых северных на карте с подобными находками.

16

Говорить о том, что изолированность защищала неандертальцев от опасностей, исходивших, к примеру, от других людей, — спекуляция. Эволюции неандертальцев такой маленький генофонд на пользу не пошел. Предположительно, у убыточных генов неандертальцев было больше шансов перейти по наследству из-за ограниченного выбора партнеров. Из-за близкого родства между родителями они зачастую несли в себе одну и ту же негативную мутацию. Еще хуже, чем неандертальцам, пришлось денисовцам. Их ДНК указывает на интенсивный инбриндинг. Так, предки денисовской девочки были многократно и тесно породнены, ведь большие части Азии во времена ледникового периода были отрезаны от остального мира. Считается, что отдельные области, где находились поселения денисовцев, занимали площадь средней немецкой федеральной земли, и жили там лишь сотни особей. Выбор партнера у этих предков людей был невелик. Тем больше случалось у них вредных генетических совпадений.

17

Если бы это было не так, языки иммигрировавших современных людей развились бы только после выхода из Африки. Это привело бы к разным языковым уровням у нынешних популяций, например, у народов, долгое время бывших в изоляции, и народов, которые состояли в обмене с другими. Но поскольку все современные люди говорят на языках одного уровня, этот сценарий можно исключить.

18

Ген FOXP2 — это так называемый транскрипционный фактор, он может включать и выключать в геноме сотни других генов. Почему эта функция влияет на языковые способности, до сих пор до конца непонятно. Особенной известностью в науке пользуется случай «семьи КЕ», живущей в Англии: у половины членов этой семьи большие проблемы с артикуляцией и пониманием языка. От одного из родителей они унаследовали мутировавший ген FOXP2. В своей докторской, где я исследовал гены ядерной ДНК неандертальца — за годы до расшифровки его целого генома — мне удалось выяснить, что гены FOXP2 шимпанзе и современного человека отличаются по двум строительным блокам, а гены неандертальца и современного человека — нет. Значит, FOXP2 изменился до того, как современный человек и неандерталец разделились. Поскольку FOXP2, очевидно, лишь косвенно делает освоение языка возможным, я разработал более осторожную формулировку: сравнение генов FOXP2 неандертальца и человека по крайней мере не позволяет заключить, что неандерталец не мог говорить.

19

Так, незадолго до Второй мировой войны в пещере Схул, на территории нынешнего Израиля, нашли кости человека, который умер там 100 000 лет назад. Его предки жили южнее Сахары. С тех пор не проходит и года без новых найденных останков современных людей за пределами Африки. Их объединяет то, что люди, живущие в наше время, уже не несут в себе их гены.

20

Мы знаем, что человек из Пештера-ку-Оасе, живший 42 000 лет назад, не оставил своих генов в современных европейцах, а вот человек с Маркиной горы, живший после извержения вулкана, это сделал. Значит, реалистичен следующий сценарий: извержение вулкана могло сильно сократить число современных людей, пришедших в Европу перед катастрофой, а возможно, и полностью их уничтожить. И тогда, с новой иммиграционной волной, через Дунайский коридор распространились наши прямые предки — люди ориньякской культуры. Но это лишь предположения, поскольку в точности последовательность событий, имевших место 40 000 лет назад, восстановить невозможно. Кроме того, до сих пор есть только два генетических образца времен ориньякской культуры. Второй секвенированный человек из этой эпохи жил примерно 38 000 лет назад в бельгийском Гойе (Goyet) и тоже нес в себе гены нынешних европейцев.

21

Предположительно, люди граветтской культуры последовали за азиатским мамонтом, который как раз в то время распространился по Европе. То, что это крупное животное в Европе не пережило извержение вулкана и его место заняли азиатские виды, только теория. Также вероятно, что он был уничтожен еще раньше людьми, в эпоху ориньякской культуры, или что новоприбывшие люди последовали за «своей» дичью, а потом стерли с лица земли уже местные виды.

22

Изолированность людей на юге можно доказать с помощью генетики: в 2018 году мы расшифровали первые гены эпохи ледникового периода с севера Африки. Останки были найдены в гроте Тафоральт в Марокко. Секвенирование показало, что люди, жившие там примерно 15 000 лет назад, не вступали в генетический обмен со своими европейскими соседями.

23

Здесь они в целях упрощения называются микенцами, хотя это обозначение появилось в XIX столетии, а сами они определенно называли себя совершенно иначе.

24

CRISPR означает Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, то есть короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами. Cas — значит ассоциированный с CRISPR.