Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы

Глава XIII К КОМПАНИИ ПРИСОЕДИНЯЕТСЯ АДАМ

История, которую я излагаю в этой книге,— это история мира, запечатленная в гене, наиболее легко поддающемся расшифровке — митохондриальной ДНК. Можно сказать, что это весть от Евы. Изящество и простота, с которой митохондриальная ДНК позволяет прочитать запись прошлых событий, проистекают из ее уникальных генетических свойств — особенно того, что из поколения в поколение практически без перемен переходит ясно читаемое послание, в котором лишь изредка происходят изменения, по мере того, как тикают молекулярные часы и постепенно, одна задругой, накапливаются мутации.

Странно, если бы оказалось, что в других генах наших организмов запечатлена совсем другая история. Все эти другие гены сосредоточены в хромосомах клеточного ядра. По последним оценкам, их количество приближается к тридцати тысячам. Может статься, что эти тридцать тысяч разных версий человеческого прошлого ожидают расшифровки? В каком-то смысле это так, потому что все эти гены могут иметь разную историю. У каждого из них может оказаться свой, иной, чем у остальных, предок где-то на протяжении человеческой эволюции. Однако, поскольку гены ядерной ДНК медленно просачивались сквозь время, совершенно невозможно проследить их след в прошлое по известной цепочке предков таким образом, как мы делаем это с митохондриальной ДНК. Причина в том, что в отличие от митохондриальной ДНК «ядерные» гены мы наследуем в равных долях от обоих родителей. То есть митохондриальный предок последнего поколения у вас только один — это мать, при этом «ядерных» предков два — мать и отец. Это не сложно. Давайте углубимся на одно поколение. Здесь у вас уже четыре «ядерных» предка — бабушки и дедушки; а митохондриальный предок по-прежнему только один — матушка вашей матушки.

Еще одно поколение назад — в нем у вас восемь «ядерных» предков, четыре прабабушки и четверо прадедушек; а вот митохондриальный предок по-прежнему один — мама вашей бабушки по материнской линии. В каждом поколении количество «ядерных» предков удваивается. Если заглянуть в прошлое на двадцать поколений — примерно к 1500 году нашей эры — теоретически в это время у вас могло быть свыше миллиона предков, передавших вам свои «ядерные» гены. На практике число предков намного меньше, так как зачастую оказывается, что многие из этих потенциальных предков — одни и те же лица, чьи линии родства пришли к вам разными путями, непредсказуемым образом пересекаясь между мужчинами и женщинами в разных поколениях.

Проследить генеалогию всех тридцати тысяч генов, следуя по всем лабиринтам этих пересечений, не представляется возможным. Добавьте к этому рекомбинацию, и мы получим задачу поистине непостижимой сложности. Перетасовка хромосом в каждом поколении означает, что любой ген может сам оказаться комбинацией, получив часть от одного и часть от другого родителя. Читать индивидуальные версии истории человечества по генам и их частичкам, находящимся в клеточном ядре, задача на сегодняшний день непосильная. Пройдет, думаю, немало лет, прежде чем наука дойдет до того уровня, который позволит продвинуться в изучении человеческой истории дальше тех грубых обобщений, о которых мы уже можем, хотя и приблизительно, судить сегодня, на основании такого показателя, как повторяемость генов.

Однако один ген — точнее даже, одна хромосома — устойчива к этим кошмарным осложнениям. Она называется Y-хромосома (игрек-хромосома) и имеет только одно жизненное предназначение: создавать мужчин. По сравнению с другими хромосомами она маленькая, чахлая и несет только всерьез значимый один ген. Это ген, который не позволяет человеческому зародышу превратиться в маленькую девочку. Дело в том, что в отсутствие Y-хромосомы человеческий эмбрион, по умолчанию, развивается в ребенка женского пола, такой путь для него естественен. Если же в зародыше присутствует Y-хромосома и если ген, получивший невыразительное название — три латинские буквы SRY, работает правильно, он запускает ряд других генов на разных хромосомах, и те изменяют сценарий развития эмбриона, направляя его так, что вместо девочки он становится мальчиком. Ген SRY активирует гены на других хромосомах, которые подавляют развитие яичников, а вместо этого стимулируют развитие семенников и продукцию мужского полового гормона тестостерона.

Два наблюдения определили ключевую и решающую роль упомянутого гена в определении пола. Очень редко, примерно в одном случае на двадцать тысяч, на свет появляется девочка с Y-хромосомой. Эти девочки нормально развиты в умственном и физическом отношении, и внешне они не отличаются от других, разве только ростом повыше, чем их сверстницы. Но в период полового созревания их яичники не развиваются должным образом, и поэтому они не могут иметь детей. Генетический анализ Y-хромосом этих девочек показал, что гена SRY у них либо нет вовсе, либо в нем имеется мутация, из-за которой раз­витие эмбриона пошло неправильно. Другое наблюдение проведено на лабораторных мышах и свидетельствует, что присутствия одного гена SRY достаточно, чтобы получить самца. Самцы мыши тоже имеют Y-хромосомы, которые несут ген, эквивалентный человеческому гену SRY — у мышей его, поддавшись взрыву вдохновения и бурной фантазии, назвали Sry. В очень элегантном эксперименте в области генной инженерии ген Sry, полученный у самца мыши, клонировали и трансплантировали его в оплодотворенную яйцеклетку мыши, которой предстояло развиться в самку. Невзирая на тот факт, что в наличии был только клонированный ген, а не вся Y-хромосома, эмбрион превратился в самца.

Стало быть, пол будущего ребенка определяют именно так. Отцы, будучи мужчинами, обладают Y-хромосомой. Половина их сперматозоидов тоже содержат Y-хромосому с геном SRY, а у другой половины сперматозоидов — Х-хромосома. Пол будущего младенца целиком и полностью зависит от того, какую из этих двух хромосом — Y или X — содержит сперматозоид, оплодотворивший яйцеклетку матери. Если повезло сперматозоиду, несущему Х-хромосому,— ребенок будет девочкой. Если его опередит сперматозоид с Y-хромосомой, тогда родится мальчик. Женщина никак не влияет на пол будущего ребенка. Скольких женщин минувших эпох это известие могло осчастливить...

Как часто в неспособности (а то и нежелании) произвести на свет сына обвиняли именно жен.

Точно так же, как митохондриальная ДНК сопровождает «материнскую» генеалогию через поколения, Y-хромосома, наследуемая сыновьями от отцов, должна была бы проследить, как зеркальное отражение, «отцовский» путь от одного поколения к другому. Если бы Y-хромосому можно было маркировать генетически, если бы она не была вовлечена в рекомбинацию, которая перетасовывает информацию, тогда бы мы имели хорошие основания считать, что нашли прекрасное дополнение к митохондриальной ДНК, помогающее читать историю не женщин, а мужчин. Y-хромосома, как и все остальные хромосомы ядра,— это очень длинная, линейная молекула ДНК. В то время как кольцеобразная молекула митохондриальной ДНК состоит всего из шестнадцати с половиной тысяч оснований, Y-хромосома растянулась от одного конца до другого на шестьдесят миллионов оснований. Для хромосомы человека это отнюдь не предельный размер, но все же митохондриальная ДНК «укладывается» в нее более чем в четыре тысячи раз. Кроме этого, в пределах хромосомы происходит некоторая перетасовка генов. На каждом конце Y-хромосомы есть секция ДНК, которая участвует в рекомбинации с Х-хромосомой, но поскольку эти секции небольшие и составляют всего 10% всей хромосомы, то это не представляет серьезной проблемы. Гены, расположенные в рекомбинирующей части Y-хромосомы, не смогут свидетельствовать о генеалогии, непредсказуемо переходя от мужчин к женщинам, как и другие «ядерные» гены. Однако оставшиеся девяносто процентов Y-хромосомы между двумя кончиками, участвующими в рекомбинации, не перемешиваются. Этот длинный сегмент путешествует из поколения в поколение неизменным. Но отличаются ли Y-хромосомы друг от друга и если отличаются, то в чем различие между ними? При условии многообразия и различий между ними Y-хромосомы могут быть использованы для прочтения человеческой истории. Ведь если бы все Y-хромосомы были совершенно одинаковы, они бы никак не соответствовали нашим целям.

Хромосомы — объект интенсивного изучения специалистов-цитогенетиков, которые трудятся в лабораториях медицинской генетики. Здесь могут поставить диагноз наследственных нарушений, как, например, синдром Дауна, или объяснить причины бесплодия. Занимаясь этими исследованиями, цитогенетики заметили, что некоторые Y-хромосомы были намного длиннее, отклоняясь от среднестатистической длины. Это, конечно, звучало многообещающе, но вряд ли помогло бы с точностью различить Y-хромосомы у большого количества испытуемых. Кроме того, длина Y-хромосом не была стабильной, изменялась от одного поколения к следующему. Нам требовался столь же надежный метод тестирования ДНК Y-хромосомы, что и тот, благодаря которому митохондриальная ДНК стала такой героиней. Тогда просто и дешево можно было бы напрямую идентифицировать Y-хромосомы сотен и тысяч добровольцев. Но как определить, в каких участках Y-хромосом имеются наибольшие различия между людьми, как найти эти участки?

Все многочисленные варианты митохондриальной ДНК сконцентрированы в маленькой кольцеобразной молекуле, длиной всего несколько тысяч оснований. Еще удобнее работать с контрольным регионом, в котором на отрезке длиной в шестьсот оснований сосредоточена треть всей информации — такое количество оснований можно без труда проанализировать на специальном автомате, который определит последовательность в один присест. Можно ли подыскать нечто подобное в Y-хромосоме? Ответа пришлось ждать недолго. Сразу многие лаборатории, надеясь на успех, начали искать различия между Y-хромосомами, сопоставляя последовательность какого-либо сегмента Y-хромосом у добровольцев, подбирая для этого сравнения как можно больше разных и не связанных между собой людей. Одно из первых исследований определило последовательность четырнадцати тысяч оснований в Y-хромосомах двенадцати человек из самых разных географических регионов. При этом была обнаружена только одна мутация. Если бы у того же количества людей взяли четырнадцать тысяч оснований митохондриальной ДНК, исследование показало бы десятки мутаций. Другая лаборатория определила последовательность сегмента одного гена Y-хромосомы, длиной 700 оснований, у тридцати восьми человек — не было обнаружено ни единой мутации!

Для ученых, которые этим занимались (слава Богу, меня среди них не было), результаты были удручающими. Было о чем подумать. Почему Y-хромосомы по всему миру такие одинаковые? Y-хромосомы не несли в себе никаких значимых генов, которые бы заслуживали внимания, а были полны «бросовой» ДНК, не имеющей очевидной функции. Но именно поэтому в Y-хромосоме можно было ожидать большего, а не меньшего количества вариаций, чем в обычных, богатых генами хромосомах. Мутациям ничто не мешает скапливаться в «бросовой» ДНК, потому что это ни на что не влияет, и точная последовательность большой роли не играет. Мутации, возникающие в тех генах, которые имеют действительно важные функции, по большей части препятствуют осуществлению этих функций и поэтому вскоре устраняются в результате естественного отбора. То, что в Y-хромосоме почти не было обнаружено мутаций, было странным и загадочным.

Одна популярная гипотеза пыталась объяснить это отсутствие вариаций тем фактом, что мужчины могут иметь больше детей, чем женщины. Если в прошлом лишь немногие мужчины обзаводились большим количеством детей (в том числе и сыновьями), то их Y-хромосомы быстро распространялись в популяции за счет Y-хромосом их современников — неудачливых мужчин, имевших мало детей или вовсе бездетных. Если такое повторялось многократно, продолжалось рассуждение, сейчас в обиходе должно остаться гораздо меньше различающихся Y-хромосом, чем если бы у всех мужчин количество детей было приблизительно равным. То, что на свете порой жили мужчины выдающейся плодовитости — правда. Мировой рекорд принадлежит Исмаилу, правителю Марокко, о котором сообщали, что он был отцом 700 сыновей (и не исключено, столько же дочерей) к 1721 году, когда ему исполнилось сорок девять лет. Скончался он в 1727 году — то есть имел еще шесть лет на то, чтобы завести еще несколько детей. Самая плодовитая женщина отстает от него на порядок. Это русская крестьянка Федора Васильева, которая между 1725 и 1765 годами произвела на свет шестьдесят девять детей. При этом у нее рождались близнецы — шестнадцать двойней, семь тройней и четыре раза по четыре ребенка.

Эта славная женщина была уникальна в детородном отношении. Количество детей, которых может произвести на свет одна женщина, лимитировано в силу ее биологических особенностей, которые ограничивают частоту рождений примерно одной беременностью в год. Мужчины, напротив, не связаны подобными ограничениями и могут, по крайней мере, теоретически, иметь тысячи детей. Но фантазия о полигамных самцах с гигантской плодовитостью, настолько засеявших целый мир своим потомством, что от этого снизилась вариабельность Y-хромосом,— оказалась всего лишь фантазией. Благодаря огромной кропотливой работе, проведенный в лабораториях по всему миру в течение последних десяти лет, в Y-хромосомах было, в конце концов, выявлено довольно много мутаций.

Эти мутации отчетливо делились на два типа. Первый был в точности таким же, какой мы уже встречали в митохондриальной ДНК: простая замена одного основания на другое. Однако в отличие от митохондрий, где эти мутации аккуратно упакованы в контрольный регион, здесь они раскиданы через неправильные промежутки по всей длине Y-хромосомы. Это доставляло громадные неудобства, потому что каждую мутацию приходилось тестировать индивидуально, но это не было непреодолимым препятствием. Другой тип мутаций был очень нетипичным для митохондриальной ДНК, хотя один раз мы встретили такую, работая с полинезийскими пробами. Это было, если помните, выпадение из последовательности ДНК целого фрагмента длиной в девять оснований. Когда мы внимательно изучили последовательность ДНК вокруг выпавшего фрагмента, то стало ясно, что, собственно говоря, не у полинезийцев выпал фрагмент, а у всех остальных — у нас с вами — эти девять оснований продублированы, повторены дважды. Такой тип мутаций, когда короткие участки ДНК повторяются еще и еще раз, для ядерных хромосом оказался весьма распространенным и, хвала небесам, Y-хромосома в этом отношении не была исключением. В Y-хромосоме обнаруживаются десятки таких повторяемых сегментов, а разница между отдельными людьми состоит в количестве повторений. К счастью, это легко измерить. Этот богатый источник вариаций внезапно показал, что существуют тысячи разнообразных Y-хромосом и их можно отличить друг от друга по двум типам мутаций. Генетическая идентификация Y-хромосом становилась реальностью.

Из-за того, что между учеными, которые занимались поисками Y-хромосом, пригодных к использованию мутаций, бушуют страсти, то лаборатории с оглядкой подходят к вопросу о том, кому сообщать и кому не сообщать об обнаружении новой мутации. В результате этого соперничества лаборатории разбились на соперничающие группировки, которые используют для идентификации Y-хромосом разные наборы мутаций; общепринятый стандарт пока не выработан. Это означает, что разные группировки неизбежно имеют дело с разными эволюционными сетями. Это лишь временная ситуация, я надеюсь и предвижу, что в ближайшем будущем появится схема, приемлемая для всех. Но достоверно ли то, что мы имеем на сегодняшний день? В частности, сходится ли хоть в чем-то история Европы, скрытая в Y-хромосоме, с той, которую мы читаем по митохондриальной ДНК и которая лежит в основе этой книги? Совпадения или противоречия содержатся в Y-хромосомной версии событий по сравнению с митохондриальной, которая так уверенно называет палеолит в качестве источника нашего генетического происхождения? Другими словами, совпадает ли история женщин с историей мужчин? Ответ пришел со статьей, опубликованной 10 ноября 2000 года в журнале «Science».

«Генетическое наследие палеолитического Homo sapiens у современных европейцев: перспективы Y-хромосомы» — была итогом масштабного совместного исследования группы ученых из Италии, Восточной Европы и Соединенных Штатов. Прямо в день публикации ко мне обратились из Би-Би-Си с просьбой прокомментировать статью и передали ее копию по факсу через Королевское общество в Лондоне, где я находился на научном семинаре. Пришел факс, я удалился в комнату и стал читать. Пробежав глазами длинный список авторов в начале статьи, мое сердце сильно забилось. Там, вторым от конца, стояло имя Л. Луки Кавалли-Сфорца. После всех тех сражений, которые разыгрались между нами за четыре года, трудно было рассчитывать на то, что мой старый оппонент вдруг, наконец, со мной согласится.

Читая статью, я отметил, что она построена по принципу, в общих чертах сходному с нашей митохондриальной статьей 1996 года. Авторы идентифицировали Y-хромосомы 1007 мужчин из двадцати пяти регионов в Европе и на Ближнем Востоке. Затем, как и мы, они начертили эволюционную сеть и выделили кластеры. У них получилось десять Y-хромосомных кластеров, а не семь, как у нас с митохондриями. Потом они определили возраст кластеров, как сделали и мы, по числу накопленных мутаций в каждом из них. Я листал страницы с нарастающим возбуждением. Каким окажется возраст этих кластеров? Будут ли они в основном палеолитическими, подобно шести из семи митохондриальных кластеров? Или окажется, что они намного моложе и относятся к эпохе неолита и древних земледельцев? Я мог поручиться, что заранее знаю, что написано в статье, учитывая, что один из авторов — Лука, прекрасно известный своей позицией относительно влияния сельского хозяйства на генетическую ситуацию в Европе. Статья была полна статистическими выкладками, и вот, наконец, на предпоследней странице, я наткнулся на роковой параграф. Он начинался словами: «Анализ вариаций последовательности митохондриальной ДНК в европейских популяциях был проведен» — и следовала ссылка на нашу работу 1996 года. «Согласно этим данным,— говорилось далее,— генофонд на 80% имеет палеолитическое и на 20% неолитическое происхождение». Так, все правильно. Я перешел к следующему предложению, ожидая, что наша позиция будет оспорена и раскритикована. Но ничего такого там не оказалось. Вместо этого я прочитал: «Наши данные подтверждают этот вывод».

Я не верил собственным глазам. Напряжение медленно отпускало меня. Битва была окончена. За последние четыре с половиной года мы прошли огонь, воду и медные трубы. Нас обвиняли в том, что скорость мутаций оценена неверно, что митохондриальная ДНК подвержена рекомбинации, которая путает все на свете, что контрольный регион вообще ненадежен. И вот все позади. Митохондриальная ДНК и Y-хромосома рассказали одну и ту же историю. История мужчин совпала с историей женщин. Лука, наконец, согласился с нами. Сражение было жестоким, но честным.

Неолитические земледельцы, конечно, были важны, но их вклад в наши гены равняется лишь одной пятой. Основу современного европейского генофонда создали охотники, жившие в эпоху палеолита.