Цивилизация
В последних выпусках двух ведущих научных журналов — американского Science и британского Nature — появилось сразу несколько статей, затрагивающих проблему генетического разнообразия у людей. Нашим читателям уже известно, что подобные исследования на сегодняшний день представляют огромный интерес в двух аспектах, одним из которых является популяционная генетика, а вторым — медицинская. Популяционная генетика может много рассказать о прошлом той или иной народности и даже определить исторические корни того или иного индивидуума, базируясь на данных его ДНК. Медицинская же генетика — комплексная научная область, основным объектом которой являются наследственные заболевания, а изучение генетического разнообразия генофонда позволяет в этом ключе определить распределение груза наследственных заболеваний как между отдельными нациями, так и внутри популяций.
Именно медицинский аспект генетического разнообразия попытались проиллюстрировать в своей статье, появившейся в Nature, авторы из Корнельского университета. Их работа описывает соотношение потенциально опасных генов у американцев, имеющих европейское происхождение, и сравнивает его с таковым же у афроамериканского населения Соединенных Штатов.
Руководитель работ Карлос Бустаманте вместе со своими коллегами сравнил генетическое разнообразие 20 евроамериканцев и 15 афроамериканцев, уделяя особенное внимание так называемым однонуклеотидным полиморфизмам — участкам ДНК, отличающимся у различных персон единственным нуклеотидом.
В сумме исследователи проанализировали 39440 однонуклеотидных полиморфизмов, или SNP-локусов (в англоязычной литературе — single nucleotide polymorphism, SNP) — «снипов», и классифицировали их по ряду параметров. Часть «снипов», обнаруженных у современных людей, досталась нам еще от наших ближайших родственников из числа приматов — шимпанзе (у более «древних» животных соответствующие гены выглядят чуть по-другому).
Исключив эти полиморфизмы из рассмотрения, ученые изучили «снипы», сформировавшиеся уже в ходе развития человеческой цивилизации на предмет их вмешательства в коды аминокислот, образующих белки. Наиболее опасными «снипами» являются так называемые «не синонимические «снипы», так как при их появлении нарушается изначальная последовательность полипептидов, которую кодировал данный ген. Как можно догадаться, при появлении синонимического «снипа» изменения кодируемой полипептидной цепи не происходит благодаря избыточности генетического кода (64 комбинации из трёх нуклеотидов кодируют лишь 20 аминокислот и знак остановки синтеза), так что такая смена нуклеотида по современным представлениям опасности не несет; это так называемые «молчащие» мутации.
Затем команда генетиков расклассифицировала несинонимические «снипы» на «смирные», «потенциально вредные» и «вероятно вредные». Основой для классификации послужило положение тех или иных «снипов» в геноме. Так, некоторые из них находятся в области генетической последовательности, не вовлеченной напрямую в синтез белков, а вероятность проявления ряда других полиморфизмов напрямую зависит от гетерозиготности или гомозиготности генной аллели в хромосоме конкретного человека.
Итоговая статистика выглядит следующим образом: 47% «снипов», которые несет на себе среднестатистический афроамериканский геном, являются несинонимическими, в то время как европейские американцы имеют таких «снипов» больше половины — 55,4%. Из этих «снипов» у потомков африканских народов «вероятно вредных» 12,1%, а евроамериканцы несут в себе 15,9% таких мутаций.
Такая картина, по мнению ученых, могла сформироваться вследствие изначально меньшего генетического разнообразия европейских народностей по сравнению с населением Африки.
Как говорят сами исследователи, их результаты находятся в согласии с общепринятыми на сегодняшний день взглядами на развитие человеческой цивилизации. По этим представлениям, начало европейским нациям дало сравнительно небольшое количество людей, вышедших за пределы Африки примерно 100 тысяч лет назад. Разнообразие их ДНК было поэтому существенно меньшим; данный эффект ученые называют «бутылочным горлышком».
Именно этот ограниченный набор ДНК служил единственной базой для дальнейших изменений генетического материала в ходе развития и увеличения численности новых народностей в Европе. Поэтому геномы европейцев, до сих пор генетически менее разнообразных по сравнению с африканцами, несут в себе больше опасных мутаций, которые могут вмешаться в процесс экспрессии генов и нарушить правильный порядок синтеза аминокислот в белках.
Однако до сих пор у ученых нет достоверной информации о том, как та или иная единичная мутация (однонуклеотидный полиморфизм) может себя проявить в зависимости от её положения в геноме. Потому они не торопятся делать однозначный вывод о худшей наследственности американцев выходцев из Европы по сравнению с потомками африканских народов. До тех пор пока генетики не установят строгой связи между количеством и положением в геноме нуклеотидных полиморфизмов и вероятностью проявления наследственных заболеваний, работа Бустаманте остается важной скорее со статистической точки зрения.
Кроме того, отмечает Алексей Кондрашов из Мичиганского университета, выходцы из Африки в целом отличаются большим генетическим разнообразием, так что 47 несинонимических процентов от общего числа мутаций африканцев — это больше чем 55% от общего числа мутаций европейцев.
Еще две работы американских генетиков, одна из которых вышла в Nature, а вторая появилась в Science, всецело посвящены изучению генетического разнообразия человеческого населения земного шара.
Группа авторов статьи в Nature, руководил которой известный по нашим прежним публикациям Ной Розенберг, профессор Мичиганского университета, провела генетический анализ 29 различных популяций, в то время как исследователи из Стэнфорда под руководством Ричарда Мэйерса и Цзуня Ли проанализировали 51. Обе команды в своих работах судили о генетическом разнообразии той или иной народности, а также о близости различных наций по присущим им наборам однонуклеотидных полиморфизмов.
Работа стэнфордских ученых является наиболее обширным на сегодняшний день трудом в этой области: в её рамках были изучены геномы почти тысячи людей разных национальностей и в общей сложности было проанализировано около 650 тысяч «снипов»!
На основе этих данных ученые смогли смело заявить о своем подтверждении гипотезы последовательного заселения — теории, согласно которой заселение человеком различных регионов земли происходило шаг за шагом от одного ареала к другому, а начало всех дорог находится в регионе, прилегающем с юга к великой пустыне Сахара. Согласно этим представлением, часть первобытных людей отделилась от африканского социума примерно 100 тысяч лет назад и освоила территорию современного Ближнего Востока. Затем часть из этих переселенцев двинулась дальше в Азию, а часть отправилась в направлении европейского континента. Последними же были заселены территории Океании и обеих Америк.
В ходе такого последовательного продвижения популяции неизбежно должны были терять свое генетическое многообразие по мере миграции в регионы, все более удаленные от Африканского континента, так как каждый новый регион осваивался лишь частью обитателей прежнего ареала. Исследование генетиков из Мичигана и Стэнфорда полностью подтвердило эти представления: жители Ближнего Востока — первые переселенцы из Африки — действительно генетически более разнообразны, чем азиаты и европейцы, заселившие эти территории в ходе миграции с освоенных средне-восточных территорий. Наименьшее генетическое разнообразие демонстрируют жители Океании и коренное население Америки.
Кроме того, по результатам обеих работ ученые заключают большую генетическую близость различных наций и языковых групп, чем это считалось прежде.
Что не менее важно, работа ученых позволяет теперь раскрыть географическое и этническое происхождение отдельных людей и выявить тот факт, что многие наши современники обладают предками из различных географических зон и даже континентов. Ричард Мэйерс считает это достижение еще одним орудием в борьбе с расовой дискриминацией и национальной неприязнью, регулярно вспыхивающими в разных точках Земли.
Стоит отметить, что работа Розенберга интересна еще и с методологической точки зрения. Его научная группа анализировала не только однонуклеотидные полиморфизмы, но также и количество копий генов ( в английской литературе — copy number variants, CNVs), присущие той или иной популяции, и установила их корреляцию с набором однонуклеотидных полиморфизмов. Таким образом, этот параметр в дальнейшем также может быть использован для оценки межпопуляционного генетического разнообразия.
Авторы обеих статей сходятся во мнении, что работы над проектом, какими бы всеобъемлющими ни были на данный момент, не должны останавливаться. В частности, Ной Розенберг и его стэнфордский коллега Цзунь Ли считают важной задачу изучения генов, которые развивались в популяциях независимо, так как их формирование происходило под влиянием местных климатических условий и локальных болезнетворных агентов — вирусов и микроорганизмов.
Стоит отметить, впрочем, что предложенное авторами работ обоснование теории последовательного заселения Земли встретило ряд возражений.
В частности, профессор Университета штата Висконсин Джон Хокс отмечает, что новая работа ученых — насколько бы подробной и масштабной она ни являлась — всего лишь подтверждает открытие 12-летней давности о снижении уровня генетического разнообразия людей при удалении их места обитания от Африки. Именно тогда теория последовательного заселения появилась впервые.
Новые данные, полученные специалистами из Стэнфорда и Мичигана, по словам Хокса, никак не могут служить доказательством справедливости теории, которая выросла из таких же, хотя и существенно меньших по объёму, данных. Она нуждается в проверке с помощью независимых методов — на данный момент научному сообществу не известных.
Хокс предлагает считать не менее справедливыми еще несколько теорий, вполне обоснованно укладывающихся в картину градиентного снижения генетического разнообразия людского населения Земли.
Согласно одному из сценариев развития событий, такое распределение могло сложиться в ходе взаимодействия населения Африки и Евразии в течение длительного времени. В результате этого взаимодействия африканцы вполне могли передать евразийцам целый комплекс своих генов приблизительно в конце плейстоцена. Успешность распространения этого генного комплекса определилась его селективными адаптационными преимуществами, однако степень распространения, разумеется, снижалась бы с удалением от Африки; а следом снижалось бы и генетическое разнообразие.
Второй сценарий развития действительно заключается в миграции больших групп африканских народов в Евразию, однако эта миграция могла вовсе не носить характера последовательного освоения новых земель, а происходить в несколько этапов, каждый из которых осуществился независимо от других. Такая последовательность события также вполне согласуется с современным распределением генетического разнообразия, особенно, если принять во внимание большие временные промежутки между миграционными волнами из Африки.
Третье предположение, также не противоречащее распределению генетического разнообразия, состоит в том, что население Евразии попросту изначально было малочисленно по сравнению с африканским, потому и не успело на данный эволюционный момент сформировать значительно разнообразных народностей.
Предположение о том, что процесс естественного отбора создал генетически более однообразное население в Евразии и более разношерстное в Африке, также вполне допустимо, так как африканские народы живут на территории, отличающейся большим разнообразием климатических условий. Скорее всего, считает Хокс, все эти четыре сценария имели место и в разной степени оказали свое влияние на генетическое разнообразие современного населения Земли.