ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Хаммер и прочие исследователи, воспользовавшись Y-хромосомой для оценки истории всей еврейской диаспоры, пришли к интересным результатам. Например, ашкеназы, жившие в Европе на протяжении последних 1200 лет (а теперь они живут в США и по всему миру), тем не менее сохранили генетические признаки, указывающие на их ближневосточное происхождение. Молекулярные исследования фактически не оставили сомнений в том, что как минимум на генетическом уровне евреи практически идентичны всем остальным ближневосточным народам, в том числе палестинцам. Так, кстати, и записано в исторических документах. Великий праотец Авраам имел двоих сыновей от разных женщин: Исаака, прародителя евреев, и Исмаила, предка арабов. Горькая ирония: сколь смертельная вражда разгорелась между потомками одного человека – в настоящее время становится еще горше оттого, что геномный анализ, по-видимому, подтверждает текст предания.

Просто прогулявшись по Манхэттену и оглядевшись по сторонам, можно предположить, что мы – самый генетически изменчивый вид на планете. По факту, геном человека отличается меньшей вариабельностью, чем геномы большинства видов, по которым у нас есть такая информация. У двух человеческих особей различается в среднем одна пара основанийна 1000. Генетически все мы схожи на 99,9 % – по сравнению с другими видами различия между нами мизерны. Например, у дрозофил – нам они все кажутся практически одинаковыми – генетическая изменчивость примерно в десять раз выше. Даже пингвины Адели, живущие в Антарктиде огромными колониями, символ одинаковости, генетически примерно вдвое вариабельнее нас. Наши ближайшие родичи также не обделены генетической изменчивостью: у шимпанзе она примерно втрое выше, чем у нас, у горилл – в два раза, у орангутанов – в 3,5 раза.

Авраам размышляет о своих сложных семейных перипетиях

Хотя показатель генетической схожести – 99,9 % – у человека между неродственными индивидами широко известен, должен отметить, что фактическая степень генетической изменчивости между отдельными людьми гораздо выше – думаю, раз в десять. В последние годы исследователи зафиксировали новый уровень генетической изменчивости, так называемую вариацию числа копий генов (она же структурная вариация). Она проявляется в участках генома длиной от одного до сотен килобаз, которые дублируются или удаляются. Накапливается все больше доказательств того, что такие варианты обусловливают клинические и поведенческие расстройства, в частности аутизм.

Имея в распоряжении результаты семейных анализов мтДНК и Y-хромосомы, мы сразу понимаем, почему все люди так похожи. Все дело в том, что наш общий предок жил совсем недавно; по эволюционным меркам 150 тысяч лет – просто мгновение, за такой период существенная изменчивость (обусловленная мутациями) просто не успела накопиться.

Еще один парадоксальный факт об изменчивости человека (при всем его незначительности) – гипотеза в основном не коррелирует с расой. Прежде чем Канн и Уилсон продемонстрировали удивительно недавний выход человечества из Африки, предполагалось, что различные группы жили в изоляции друг от друга на разных континентах в течение периода до двух миллионов лет. В таком случае у нас успели бы накопиться существенные генетические различия, что согласовывалось бы с моделью Полинга и Цукеркандля, где степень генетической дивергенции между изолированными популяциями рассчитывается как функция времени, в течение которого они были изолированы. В свете выводов Канн и Уилсона о том, что мы имеем гораздо более недавнего общего предка, у географически удаленных популяций просто не было времени, чтобы развить ту самую значительную дивергенцию. Поэтому, несмотря на то что генетические различия (например, цвет кожи) и очевидны среди человеческих популяций, расово-специфичные генетические различия обычно очень ограничены. На самом деле, наши скудные отличия в основном равномерно распределены во всех популяциях: в африканской популяции варианты генов обнаруживаются так же легко, как и в европейской. Остается предположить одно: генетическая изменчивость нашего вида в основном сформировалась еще до выхода из Африки и уже имелась в группах, которые отправились покорять остальной мир.

Осталось окончательно добить нас в направлении нашего понимания и оценивания генетической изменчивости: проект «Геном человека» показал, что только 2 % нашей ДНК кодирует гены. Что это означает? 98 % нашей изменчивости приходится на неэффективные участки генома. Поскольку естественный отбор очень эффективно отбраковывает мутации, влияющие на функционально важные участки генома (например, на гены), изменчивость накапливается преимущественно в некодирующих, или мусорных, участках. Поскольку история человеческой изменчивости в эволюционном масштабе очень короткая, большинство устойчивых различий, наблюдаемых между человеческими популяциями, вероятно, обусловлены естественным отбором, как, вспомним например, цвет кожи.

Кожа шимпанзе (наших ближайших родственников) под плотным мехом в основном не пигментирована (можно даже сказать, что шимпанзе белые). Предположительно, последний общий предок человекаи шимпанзе, от которого пошла человеческая эволюционная линия, жил 5–7 миллионов лет тому назад и был похож на шимпанзе. Таким образом, можно сделать вывод о том, что выраженная пигментация кожи у африканцев (и у древнейших людей современного типа, родившихся именно в Африке) возникла в ходе дальнейшей эволюции человека. После потери волосяного покрова наличие пигментации кожи стало принципиально важным фактором, поскольку пигмент защищает кожу от разрушительного ультрафиолетового (УФ) излучения. Сегодня на молекулярном уровне доказано, что ультрафиолетовые лучи могут вызывать рак кожи: под действием ультрафиолета тиминовые основания в ДНК слипаются друг с другом, и в молекуле ДНК, так сказать, формируется «узелок». Когда такая ДНК реплицируется, из-за этого «узелка» в молекулу часто встраивается не то основание, и возникает мутация. Если такая мутация случится в гене, отвечающем за механизмы клеточного роста, то может начаться рак. Меланин – пигмент, синтезируемый в клетках кожи, – смягчает пагубное воздействие ультрафиолета. Любой читатель, столь же безнадежно бледнолицый, как я, хорошо знаком с солнечными ожогами. Хотя, как правило, они не смертельны, реагировать на них и лечить приходится гораздо оперативнее, чем рак кожи. Поэтому легко предположить, что естественный отбор поддержал потемнение кожи как средство для борьбы не только с раком, но и с инфекциями, которые легко могут возникать в результате тяжелых солнечных ожогов.

Почему жители высоких широт утратили меланин? Наиболее убедительное объяснение связано с синтезом витамина D₃ – этот процесс протекает в коже под действием ультрафиолета. Витамин D₃ усиливает всасывание кальция в кишечнике и реабсорбцию фосфора в почечных канальцах, нормализует формирование костного скелета(дефицит витамина D₃ может привести к рахиту и остеопорозу). Возможно, наши предки мигрировали из Африки в районы с выраженной переменой времен года, где ультрафиолетового излучения в некоторые месяцы могло не хватать. Тогда естественный отбор поддержал бледнокожих индивидов, поскольку они, менее обремененные экранирующим кожным пигментом, более эффективно синтезировали витамин D₃ при недостатке ультрафиолета. Та же логика применима и к миграциям наших предков в пределах Африки. Например, народность сан, живущая в Южной Африке, где интенсивность ультрафиолета сопоставима со средиземноморской, имеет поразительно светлую кожу. А что насчет эскимосов, живущих в отнюдь не знойной Арктике, но обладающих удивительно темной кожей? По-видимому, у них возможности синтеза витамина D ограничены еще сильнее, ведь эскимосам круглый год приходится тепло одеваться. Фактически селективное давление отбора, благоприятствующее светлокожести, на эскимосов почти не подействовало, и они по-своему решили проблему с витамином D₃: в их рационе много рыбы, богатой этим жизненно важным витамином.