Текст книги "Путешествие наших генов"
Автор книги: Йоханнес Краузе
Соавторы: Томас Траппе
Жанр:
Биология
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 13 страниц)
Йоханнес Краузе
Томас Траппе
Путешествие наших генов
история о нас и наших предков
Пролог
Ничего подобного с Европой еще никогда не происходило. Поток мигрантов, который через Балканы хлынул в центр континента, ознаменовал собой естественный (вот, пожалуй, наиболее точное слово) поворот времен. Ничто больше не было таким, как прежде. Прибыли несметные расширенные семьи, ориентированные на сельское хозяйство. Они хотели только одного: получить в свое распоряжение новую землю. У старых европейцев не было ни единого шанса. Сначала они отступили, а затем старая европейская культура исчезла. Люди, которые теперь населяли Европу, выглядели иначе, чем те, кого они вытеснили, – произошел круговорот народов.
С той решающей миграционной волны минуло восемь тысяч лет, но лишь недавно мы получили о ней достоверные сведения: вооруженные революционными технологиями, мы перемололи древние кости в пыль и экстрагировали из их ДНК истории, которые рассказываем в этой книге. Молодое научное направление – археогенетика – использует методы, развившиеся благодаря медицине, чтобы расшифровать древнее наследие, возраст которого составляет порой сотни тысяч лет. Археогенетика еще только развивается, но прорыв в знаниях, который она с собой принесла, бесценен. По человеческим костям из далекого прошлого мы узнаём не только генетические профили умерших, но и то, как они расширяли унаследованные территории, узнаём, когда и откуда пришли наши предки. Прибытие анатолийцев восемь тысяч лет назад – лишь одно из многочисленных перемещений в истории нашего континента. Археогенетика показывает, что людей с «чистыми» европейскими корнями нет – и никогда не существовало. У всех нас есть миграционное прошлое, о котором рассказывают наши гены.
Когда в 2014 году мы доказали иммиграцию анатолийцев, произошедшую в каменном веке, мы даже не подозревали, какой актуальный оборот примет эта тема несколько позже. Летом 2015 года снова началась миграция через Балканы в Центральную Европу. Многие европейские государства были этим обеспокоены, долгосрочный политический эффект этого события будет виден еще не скоро. В общем-то невинный лозунг «Мы справимся» расколол общество на два непримиримых лагеря. Сегодня противники миграции цитируют этот девиз с самоиронией, используя его, чтобы сказать ровно противоположное. Массовая иммиграция – не то, что можно преодолеть, и совсем не то, что нужно просто принять. Дебаты вокруг миграционного пакта ООН показали, какой у этой темы взрывной потенциал. В Германии звучали громкие призывы не подписывать соглашение. Многие государства отказали бездомным в защите, поскольку она миграцию не ограничивала, а, скорее, подстегивала. Существуют политические дискуссии, в которых археогенетика не должна выступать в роли судьи. Она и не будет выполнять эту роль. Но она может помочь лучше разобраться в происходящем. Вне всякого сомнения, Европа – это тысячелетняя история прогресса, который был бы совершенно невозможен без миграции и мобильности людей.
Идея этой книги возникла «летом беженцев» – летом 2015 года. Археогенетика может внести свой вклад во многие общественные дебаты, которые велись с тех пор, – напрасны были бы усилия упокоить новые знания в прахе. Следующие страницы посвящены большим миграционным волнам, беспокоящим Европу с незапамятных времен, а также волнам, которые исходили из самой Европы и основали западный мир. Они освещают также тему вечного Балканского маршрута и конфликты, которые с незапамятных времен сопровождают миграции. Мы разберемся, почему первые европейцы были темнокожими. Узнаем, почему с помощью анализа генома можно разместить на карте отдельных европейцев, а вот народы или даже национальности генетически разграничить нельзя. Мы начнем с ледникового периода, который положил начало генетическому путешествию европейцев, и завершим современностью, когда мы близки к тому, чтобы влиять на нашу эволюцию. Конечно, в этой книге затрагивается не только и не столько политическая полемика. В первую очередь в ней объединяются познания археогенетиков об истории Европы.
Новые знания не годятся для категоричных споров. Вне всякого сомнения, пришельцы потеснили Европу и принесли с собой вместе с переменами многочисленные страдания – по крайней мере для охотников и собирателей, которые были вытеснены анатолийскими земледельцами. История миграции – это, помимо прочего, история смертельных болезней, например чумы, корни которой восходят к каменному веку. Вероятнее всего, именно она проложила через Европу смертельный путь, расчистив дорогу тем людям, потомки которых дали старт бронзовому веку. Книга – и в этом мы уверены – предлагает аргументы для тех, кто настроен против миграции, и для тех, кто хочет установить для нее жесткие границы. Однако мы надеемся, что после ее прочтения никто не будет оспаривать тот факт, что мобильность – в природе человека. Конечно, особенно рады авторы будут, если читатели приблизятся к их точке зрения. Заключается она в том, что выдержавшее тысячелетние испытания глобальное общество и в будущем будет представлять собой ключ к прогрессу, по крайней мере (и в первую очередь) для Европы.
Над этой книгой работали два автора. Первый из них – Йоханнес Краузе, который со следующей главы возьмет на себя роль рассказчика и будет обращаться к читателю от первого лица. Краузе (и это пишет уже второй автор, у которого есть на то все основания) принадлежит к числу наиболее выдающихся мировых экспертов в области археогенетики. Он занимает должность директора Института истории человечества при Институте Макса Планка в Йене. Его соавтору, Томасу Траппе, выпала задача не только сделать из обширных знаний Краузе компактное повествование, но и вписать его в современные рамки, встроить в актуальную политическую повестку. За прошедшие годы Траппе уже успел в качестве журналиста поработать с Краузе; кроме того, занимался он и вопросами национализма, а также современным народомыслием. В ходе многочисленных бесед авторы решили объединить в одной книге науку и современные актуальные споры.
Начать мы хотим с короткого экскурса в азы археогенетики и с останков древнего пальца, который мощнейшим образом повлиял на научный путь Краузе. Этот палец шокировал нас знаниями о новом виде человека и косвенно указал на родство ранних европейцев с неандертальцами.
Глава первая
Работа на костях
• Сибирский палец указывает нам на новых доисторических людей • У генетиков – золотая лихорадка и волшебные машины • Адам и Ева жили раздельно • Неандертальцы были обманом • Парк Юрского периода сводит всех с ума • И да, мы все – родственники Карла Великого
Кость на письменном столе
Кончик пальца, который я обнаружил зимним утром 2009 года у себя на письменном столе, на самом деле представлял собой лишь жалкие останки. Ноготь отсутствовал, кожа тоже. Оставался, по сути, только кончик дистальной фаланги, не больше вишневой косточки. Как я впоследствии выяснил, принадлежал он девочке пяти-семи лет. Кончик кости лежал в стандартном конверте с мягким наполнителем и прибыл издалека, из Новосибирска. Не каждый обрадуется, если перед утренней чашечкой кофе обнаружит на своем столе часть тела, прибывшую почтой из России. Но я-то как раз был рад.
Примерно за 10 лет до того, в 2000 году, американский президент Билл Клинтон провел в Белом доме пресс-конференцию, посвященную проекту «Геном человека». Спустя десятилетия напряженной работы, сопровождавшейся миллиардными инвестициями, было объявлено о расшифровке человеческого генома. Тема ДНК обсуждалась повсеместно, даже «Франкфуртская всеобщая газета» вышла без фельетона, чтобы разместить у себя на полосах последовательности человеческого генома – бесконечную цепочку А, Т, Ц и Г, из которых состоит ДНК. Многие внезапно осознали, какое значение обретает генетика. Все обсуждали перспективу рассматривать ДНК человека как строительный чертеж.
В 2009 году наука заметно приблизилась к этой цели. В то время я работал как постдокторант в лейпцигском Институте эволюционной антропологии общества Макса Планка, известном под аббревиатурой MPI-EVA.
Уже тогда Институт был местом номер один в мире для исследователей и исследовательниц, которые хотели секвенировать ДНК из старых костей с помощью высоких технологий. Этому предшествовали неимоверные усилия генетиков, научные изыскания, длившиеся десятилетиями. Благодаря им с помощью кости пальца, лежавшей на моем письменном столе, стало возможно хотя бы в какой-то степени описать историю возникновения человечества. Дело в том, что сибирская находка была частью останков девочки, жившей 70 тысяч лет тому назад. А эта девочка принадлежала к доселе неизвестному виду древних людей. Об этом поведали пара миллиграммов костяной пыли и сложное устройство для секвенирования генома – секвенатор. Еще нисколько лет назад было технически невозможно, даже невероятно, по крошечному кусочку пальца определить кому он принадлежал. Но маленькие кусочки кости рассказали нам не только это. Благодаря им мы также узнали, что связывает нас, ныне живущих, с той доисторической девочкой и чем она от нас отличается.
Миллиард в день
Концепция ДНК как строительного чертежа жизни известна уже более сотни лет. В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, благодаря проведенной ранее Розалиндой Франклин работе, узнали структуру ДНК. Через 9 лет Уотсон и Крик получили за это Нобелевскую премию по медицине. Франклин к тому моменту уже скончалась – она прожила всего 37 лет. Именно медицина с тех пор стимулировала исследования ДНК, и в конце концов объявила о проекте по расшифровке генома человека. Важнейшей вехой на пути к расшифровке и прочтению ДНК в 1980-е годы стало развитие полимеразной цепной реакции[1]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.
[Закрыть].
Этот процесс лег в основу работы сегодняшних секвенаторов, которые прочитывают последовательности оснований молекулы ДНК. С 2000-х годов эти устройства существенно развились. Каждый, кто помнит свой старый кнопочный телефон, а сегодня имеет смартфон, может представить, насколько быстро развивалась техника, в том числе та, что используется в области генетики. Несколько чисел помогут понять, в каком направлении мы движемся, когда речь идет о расшифровке ДНК. Геном человека состоит из 3,3 миллиарда пар оснований[2]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.
[Закрыть]. Чтобы расшифровать информацию о наследственности человека, потребовалось 2003 года (полный геном человека был расшифрован в 2003 году под руководством Джеймса Уотсона), однако даже после окончания проекта «Геном человека» потребовалось еще больше 10 лет, чтобы дополнительно проанализировать некоторые участки[3]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.
[Закрыть]. Сегодня в нашей лаборатории мы исследуем по миллиарду пар оснований в день. Пропускная способность приборов за последние 12 лет увеличилась в сотни миллионов раз, и сегодня на одной такой машине мы способны декодировать 300 человеческих геномов в день. За 10 лет по всему миру совершенно точно будут расшифрованы геномы миллионов человек. При этом будущее развитие технологий до сих пор почти повсеместно недооценивается. Секвенировать ДНК будет еще быстрее и дешевле, эта возможность станет общедоступной. В среднем исследование генома стоит дешевле, чем большая гемограмма. Легко представить, что для молодых родителей расшифровка генома новорожденного скоро станет рутиной.
Секвенирование ДНК предлагает невероятные возможности, по крайней мере в области раннего распознавания генетической предрасположенности к определенным болезням. И потенциал этого метода будет расти[4]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.
[Закрыть]. Пока медицина расшифровывает геномы ныне живущих людей для лучшего понимания болезней и развития новых методов лечения и лекарственных препаратов, археогенетики используют технологии, развившиеся в сфере генетики человека, чтобы анализировать археологические находки – древние кости, зубы или даже образцы почвы. Это позволяет делать выводы о происхождении давно умерших людей. Для археологии при этом открываются совершенно новые пути. По-новому обстоят дела не только с теориями и интерпретациями. Даже миграционное движение людей на основе генетического анализа можно установить с доселе невиданной точностью. Расшифровка старых ДНК для археологии примерно так же важна, как другая техническая революция, свершившаяся в 50-е годы прошлого века. Тогда метод радиоуглеродного анализа перевел датировку археологических находок на совершенно новые рельсы. С ним впервые стала возможной надежная датировка человеческих останков с точностью чуть ли не до года[5]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.
[Закрыть]. Археогенетика теперь также позволяет читать прошлое по фрагментам скелетов, устанавливая взаимосвязи, о которых не знали даже сами обладатели костей. Таким образом человеческие останки (а некоторые из них пролежали в земле десятки тысяч лет!) становятся ценными посланиями из прошлого. В них записаны истории наших предков, которые мы рассказываем в этой книге. Причем некоторые истории публикуются впервые.
Прогресс через мутации
Молодая наука археогенетика может помочь с ответами на некоторые старейшие и важнейшие вопросы человеческой истории: что делает нас людьми? Откуда мы ведем свое происхождение? Как мы стали теми, кем являемся сегодня? Один из выдающихся пионеров в этой области – Сванте Паабо. В 1999 году он стал директором Института эволюционной антропологии в Лейпциге. Будучи ученым по натуре, в 1984 году, во время учебы в Уппсальском университете, он практически тайком, ночами в лаборатории экстрагировал ДНК египетской мумии. Это стало началом большой карьеры. В 2003 году Паабо взял меня к себе дипломником в Лейпциг. Когда два года спустя я должен был выбрать тему докторской, он предложил мне присоединиться к его команде, которая расшифровывала геном неандертальца. Это было настоящее безумие: при тогдашнем состоянии техники для такого предприятия требовались десятилетия. К тому же мы должны были бы перемолоть дюжины килограммов настоящих неандертальских костей. Но я доверился Паабо и его способности реалистично оценить проект. Я принял вызов, и мое решение оказалось верным. Техника секвенирования развивалась так быстро, что просто захватывает дух. Благодаря этому мы завершили свою работу три года спустя, и костей нам понадобилось гораздо меньше, чем планировалось.
Вот тогда и попал ко мне кусочек пальца с Алтая. Такие кости – носители данных в археогенетике. Благодаря им мы можем получить ключи ко многим разгадкам. Относится ли первобытный человек, которому принадлежала кость, к нашим прямым предкам или его ветвь вымерла? Чем его наследственный материал отличается от нашего? Геном первобытного человека становится шаблоном, с которым мы сравниваем наши сегодняшние ДНК. Как исследователей, нас интересуют места, которые не совпадают с шаблоном. Это позиции, по которым наша ДНК изменилась, мутировала. Возможно, звучит не слишком приятно, но мутация – не только двигатель эволюции, но и причина, по которой человек и шимпанзе сегодня смотрят друг на друга по разные стороны решетки в зоопарке. Для археогенетики мутации – это вехи истории человечества.
За то время, что вы читаете эту главу, ДНК в миллионах клеток вашего тела химически меняется: она должна постоянно ломаться и обновляться в коже, кишечнике – повсюду. Если при этом что-то идет не так, мы говорим о мутациях. Они случаются очень часто, что, учитывая высокую частоту обновления клеток, совсем неудивительно. Как правило, тело тут же чинит мутации, но починка срабатывает не всегда. Если мутации встречаются в половых клетках, то есть в сперматозоидах и яйцеклетках, эти мутации могут передаться по наследству следующему поколению. При этом включается собственная защитная функция организма: зародышевые клетки с мутациями, несущими в себе тяжелые заболевания, чаще всего умирают. Если мутации маленькие, этого произойти не должно. Тогда генетические изменения наследуются[6]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.
[Закрыть].
Генетические изменения, которые ведут к большему числу последствий, распространяются в популяции быстрее всего – они чаще передаются дальше. Например, то, что у человека меньше волос, чем у его дальнего родственника, человекообразной обезьяны, – следствие многочисленных мутаций: вместо волос у человека развивались потовые железы. Благодаря этой новой охлаждающей системе умеренно волосатый первобытный человек мог дольше бежать и убегать, соответственно, дольше жил и имел больше шансов оставить потомство. Первобытные люди с наследственностью, которая обеспечивала больше волос, напротив, вымерли. Большинство мутаций не целенаправленны и ни к чему не ведут. Они либо не оказывают никакого воздействия на организм, либо вредят ему и подвергаются негативной селекции – отсортировываются. Редкие исключения, изменения, необходимые для выживания и размножения, ждет положительная селекция. Такие мутации распространяются и постоянно развиваются. Следовательно, эволюция – это вечная игра случая.
Вас приветствует первобытный человек
Взгляд на наследственный материал старых костей для археогенетика сравним с путешествием на машине времени. Основываясь на ДНК наших предков, которые жили десятки тысяч лет тому назад, мы можем узнать, какие мутации закрепились у ныне живущих людей, а какие исчезли. На такие знания рассчитывали и мы, анализируя палец из России.
Анатолий Деревянко, один из самых прославленных российских археологов, нашел кость возрастом 70 тысяч лет в Денисовой пещере, на Алтае, на высоте примерно 700 метров. Этот горный массив находится посреди Азии, более чем в 3500 километрах восточнее Москвы, на русской границе с Китаем, Казахстаном и Монголией.
Денисова пещера – это не только любимое многими место паломничества, но и настоящий клад для ученых, которые уже многие годы регулярно находят здесь кости и обработанные человеком предметы из каменного века. То, что Алтай расположен так глубоко в Сибири, как только можно себе представить, – большое преимущество: холод консервирует находки особенно хорошо. Когда Сванте Паабо, несколько его коллег и я прибыли в этот регион в начале 2010 года для встречи с Деревянко, я узнал, что при температуре –42 °C на коже могут вырастать ледяные кристаллы.
В лейпцигской лаборатории алтайский палец пережил многочисленные манипуляции. В кости пробуравили дырочку, заветную костяную пыль поместили в специальную жидкость и в ней из останков наконец-то выделили ДНК. У нас было ограниченное количество попыток: мы могли экстрагировать всего 10 миллиграммов костяного порошка – это как хлебная крошка. Мы предполагали, что имеем дело с обычной костью современного человека, ну или, возможно, с костью неандертальца. Но внезапно секвенатор выдал результаты, к которым я сперва даже не знал как подступиться. ДНК не принадлежала ни современному человеку, ни неандертальцу. Я спешно собрал нашу команду, чтобы представить загадочные данные. Спросил коллег: «В чем я ошибся?» Мы вместе снова и снова изучали полученную информацию. Но в конце концов стало ясно: моей ошибки тут нет. Когда я чуть позже позвонил своему шефу, то попросил его присесть, а потом сказал: «Сванте, думаю, мы нашли Homo erectus». Homo erectus – это общий предок современного человека и неандертальца, у нас до сих пор нет его расшифрованного ДНК. Я думал, мы первые, кому удалось его получить.
Что мы увидели в ДНК этого пальца? Оказалось, что она в два раза сильнее отличается от ДНК человека XXI века, чем ДНК неандертальца. Это должно было означать, что человек из Денисовой пещеры и неандерталец уже давно пошли каждый по своему пути, как неандерталец и современный человек. Наши тогдашние расчеты подводили к тому, что примерно миллион лет назад Homo erectus из Африки основал две отдельные ветви. От одной произошли неандертальцы и современный человек, а от другой, развивавшейся в Азии, – денисовцы. Это опровергало многие знания, полученные в процессе изучения эволюции, которые мы считали точными. Прежде всего знание о том, что 70 тысяч лет назад кроме первых современных людей и неандертальцев на планете не существовало других форм первобытного человека.
Полученные данные ввели нас в заблуждение, но ясно это стало не сразу. И вот в своей первой «денисовской» публикации в марте 2010 года в журнале Nature, святом Граале научных СМИ, мы рассказали эту историю. Весь мир заинтересовался мной, помню, как в нашей лаборатории одновременно оказалось множество камер. Целую неделю я без остановки давал телеинтервью об открытии денисовцев – так мы окрестили наших первобытных людей. Но уже через несколько недель в нас зародились первые сомнения – всё ли верно с данными, которые мы уже опубликовали? Лучше сказать даже так: правильно ли мы эти данные интерпретировали?
Наполовину мусор, наполовину строительный чертеж
Когда мы говорим о генах человека и при этом имеем в виду геном, с научной точки зрения это на самом деле некорректно. Лишь небольшая часть из 3,3 миллиарда пар оснований нашего генома – это гены. Эти два процента ответственны за кодировку белков. Кроме того, они представляют собой чертежи примерно 30 миллиардов клеток, строительных материалов нашего тела[7]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.
[Закрыть].У человека в общей сложности 19 тысяч генов, и это на удивление мало. У амебы, крошечного одноклеточного, 30 тысяч генов, у обычной сосны – 50 тысяч. Но само по себе число генов не определяет то, насколько сложен живой организм. У организмов с клеточным ядром информация из одного гена может комбинироваться в различных «строительных материалах»; ген не несет постоянную ответственность только за одну функцию тела. У примитивных форм жизни, например у бактерий, как правило, из одного гена получается один строительный материал, который обычно выполняет только одну задачу. Можно сказать, что гены людей и большинства животных – это очень маленькая команда, зато невероятно сплоченная.
Пятьдесят процентов человеческого генома, как слишком большие жесткие диски, забиты мусором – последовательностями ДНК, которые не имеют для нас никакого очевидного значения. Помимо генов, важную роль играют молекулярные переключатели – они составляют примерно 10 % весьма сложной структуры генома. Эти переключатели активируются и деактивируются транскрипционными факторами и отвечают за то, чтобы каждая часть тела производила правильный белок – чтобы клетки в кончике пальца не воспринимались как клетки желудка и там не производилась кислота. В основном все клетки человека содержат одинаковую информацию, из которой нужно отобрать нужную.
Для археогенетики бесполезные составные части генома – на вес золота, ведь только благодаря им могут работать так называемые генетические часы. Ученые измеряют мутации в целом геноме и вычисляют момент, когда две популяции разошлись. Чем раньше по времени, тем больше различий в ДНК. Если бы весь геном состоял из генов, число различий, то есть мутаций, зависело бы не от того, как давно произошло разделение, а от того, насколько различается среда, в которой живут популяции. У африканцев в некоторых генах меньше изменений, чем у потомков людей, которые вышли из Африки. Дело в том, что гены эмигрантов должны были приспособиться к новым внешним условиям, а гены африканцев – нет, или по крайней мере не в такой степени. Тем не менее в геномах сегодняшних африканцев, за исключением 2 % генов, почти столько же мутаций, сколько у всех остальных людей на земле. Причина в том, что в большой «мусорной» части генома, как и в генах, есть мутации, но нет положительной или отрицательной селекции. Со времен нашего последнего общего предка в каждом из нас накопился примерно одинаковый объем мутаций. Генетические часы работают всегда, и неважно, как сильно развивались порознь собственные гены каждой из двух популяций, которые мы хотим сравнить.
Праматерь всех генов
Как мы теперь понимаем, наши сомнения в интерпретации денисовской ДНК были оправданны. Путь, который позднее привел нас к истинной, не менее поразительной истории, объяснявшей эту ДНК, примечателен тем, насколько мощно развилась генетика за последние годы и как при этом обесценились знания, что на протяжении десятилетий считались в археологии верными. Стало ясно: именно потому, что мы придали данным об алтайской находке ложное значение, мы смогли обнаружить еще большую ошибку в изучении первобытных людей. ДНК денисовца из Азии дала нам – не напрямую, но вполне определенно – новый взгляд на заселение Европы современным человеком. Мы поняли, что он еще сотни тысяч лет назад встретился здесь с неандертальцем. И у них был секс.
Чтобы восстановить генеалогическое древо денисовской девочки, для первой публикации мы использовали ДНК митохондрий, которые также называют электростанциями клеток. Митохондриальная ДНК (мтДНК) – это лишь крошечная доля нашего генома. Сегодня стандартом является секвенирование гораздо более емкой и релевантной ядерной ДНК; до 2010 года за митохондриальную ДНК брались, чтобы существенно снизить временные и финансовые расходы[8]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.
[Закрыть].
Митохондриальная ДНК не дает особенно детализированных результатов, но хорошо подходит для составления генетического древа. С одной стороны, все люди наследуют свою митохондриальную ДНК исключительно от матери. С другой стороны, можно уверенно говорить о том, что примерно раз в 3000 лет в митохондриальной ДНК происходит мутация, которая передается всем последующим поколениям, то есть на протяжении 3000 лет по женской линии наследуется идентичная митохондриальная ДНК. Если сравнить такую ДНК у двух человек, можно вычислить, когда жила их последняя общая прародительница. Речь при этом идет о тех самых генетических часах. Митохондриальная ДНК ныне живущих людей ведет к единой общей прародительнице – «прабабушке». Она жила приблизительно 160 тысяч лет назад. В генетике ее называют «митохондриальной Евой». Существует и ее противоположность – «Y-хромосомный Адам», к которому восходят Y-хромосомы, передающиеся от отца к сыну. Но Адам жил почти на 200 тысяч лет раньше, чем Ева, так что эти двое совершенно точно не были парой[9]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.
[Закрыть].
На то, чтобы при подготовке первой денисовской публикации не дожидаться секвенирования ядерной ДНК, у нас была простая причина: Анатолий Деревянко дал кусочек пальцевой кости еще одной лаборатории помимо нас, и мы боялись, что коллеги могут опередить нас с публикацией. И митохондриальная ДНК, и ядерная ДНК позволяют считывать генетические часы[10]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.
[Закрыть], поэтому мы не видели проблемы в нашей поспешности.
Ядерная ДНК значительно углубляет знания, полученные из митохондриальной ДНК, но обычно ей не противоречит. Однако в случае с денисовской девочкой произошло именно это: ядерная ДНК показала совершенно другое генеалогическое древо. Оказалось, что денисовцы откололись не от общего предка современного человека и неандертальца, то есть от Homo erectus, а значительно позже, от линии неандертальцев. Новые данные показали, что сначала отделилась первая линия предков сегодняшних людей, чтобы позднее разделиться на неандертальцев и денисовцев. Предки современного человека перебрались в Европу, другая форма – в Азию. Это уже близко к тому, что мы сегодня знаем. Но не хватало еще одной поправки, и ждать ее нам пришлось еще 6 лет.
Противоречие между митохондриальной ДНК и ядерной ДНК объяснилось, когда были найдены останки первобытного человека на севере Испании, в Сима де лос Уэсос, что переводится как «Костяная дыра». Генетические исследования провела в 2016 году рабочая группа Сванте Паабо. Оказалось, что костям 420 тысяч лет. Благодаря ядерной ДНК их можно было приписать неандертальцу. Загвоздка в том, что раньше считалось, будто тогда никаких неандертальцев в Европе еще не было. С помощью всех неандертальских костей, которые до тех пор были обследованы, на основании митохондриальной ДНК было установлено, что этот вид человека отщепился от наших предков в Африке максимум 400 тысяч лет тому назад. Испанская находка говорила о гораздо более ранней миграции[11]11
Разделение имело место в Африке, распространение вплоть до Иберийского полуострова потребовало некоторого времени.
[Закрыть], а заодно о том, что со старыми расчетами что-то не так.
Помимо прочего, в публикации говорилось, что митохондриальная ДНК испанского неандертальца не совпадает с другими, полученными от гораздо более поздних неандертальцев. Этим митохондриальная ДНК испанца походила на ДНК денисовской девочки. Что было решающим фактором. Всплыла ошибка первой денисовской публикации, она стала очевидной, поскольку мы взяли для сравнения митохондриальную ДНК более позднего неандертальца, а она явно не соответствовала какой-либо другой митохондриальной ДНК пренеандертальцев. Более молодые индивиды (по-видимому, в какой-то период уже после испанского неандертальца) унаследовали другую митохондриальную ДНК – ДНК архаического сапиенса, вернее, архаической современной женщины. Какой-то неандерталец в Европе или на граничащем с Европой Ближнем Востоке вступил с этой женщиной в сексуальный контакт. Поэтому митохондриальная ДНК и указывала на тесное родство поздних неандертальцев с современными людьми.
Денисовцы в Азии, напротив, остались неизменными: по крайней мере в годы жизни денисовской девочки у них не было следов генетических смешений. С помощью митохондриальной и ядерной ДНК они законсервировали относительно близкое родство с пренеандертальцем. С учетом новых знаний данные, полученные из митохондриальной и ядерной ДНК, идеально подходили друг другу. Только доселе принятую датировку разделения в генеалогическом древе человека оставалось немного отрегулировать. Получалось, что неандертальцы и денисовцы должны были разделиться полмиллиона лет тому назад, а не 300 тысяч лет назад, как считалось раньше. А отделение общей линии неандертальцев и денисовцев от современного человека должно было произойти 600 тысяч, а не 450 тысяч лет назад.
Открытие, согласно которому денисовец нес в себе митохондриальную ДНК пренеандертальца, а более поздние неандертальцы приблизились к современному человеку, затронуло меня не только в научном, но и в личном плане. Одна из причин, почему меня вообще заворожили древние люди, связана с историей моего родного города Лайнефельде, расположенного на плато Эйхсфельд. Там, всего в нескольких улицах от дома моих родителей, на свет появился Йоханн Карл Фульротт, открывший неандертальцев. Когда я был подростком, Фульротт был моим кумиром. Я даже не смел мечтать о том, что однажды смогу немного дополнить его труд.
Дикие годы позади
Открытие денисовца и второе открытие неандертальцев показывают, насколько стремительно развивалась археогенетика на своем самом раннем этапе и как быстро она будет развиваться и дальше. Наука, еще только набирающая высоту, уже переросла детские болезни, или, точнее, уже оставила позади пубертат. К истории этого молодого научного направления относится также дикий период, когда по иррациональным причинам порой публиковались ужасные по качеству работы – просто потому, что все были буквально очарованы свершившимся прогрессом. Из-за этого многие генетики еще несколько лет назад сомневались в том, что старые ДНК вообще возможно достоверно расшифровать. Чрезмерная эйфория, которая выдвинула на первый план скептиков, была связана с одним из главных фильмов Стивена Спилберга.
