31.01.2008 | Наука

Гены идут по свету

Наследственный аппарат человека устроен как текст

Писаная история человечества до смешного коротка и отрывочна, даже если применять это слово только к людям современного типа – так называемым кроманьонцам. Считается, что этот тип возник 170 – 200 тысяч лет назад где-то в Африке. Около 60 тысяч лет назад он начал победный марш по другим континентам, заселив в конце концов их все (кроме Антарктиды) и вытеснив своих предшественников – архантропов и неандертальцев. По ходу дела он разделился на несколько больших рас, создал тысячи непохожих друг на друга языков и бесчисленное множество оригинальных культур. И все эти великие события никак не отражены в исторических источниках: возраст самых древних известных на сегодня систем письменности не превышает пяти тысяч лет. Они повествуют лишь о том, что происходило на небольших лоскутках суши – в долине Нила и в междуречье Евфрата и Тигра. Но даже в них упоминается множество племен и народов, о которых мы не знаем почти ничего. Откуда они пришли? Куда делись? Кому приходились родней? Где сегодня живут, на каких языках говорят их потомки и есть ли они вообще? Что уж говорить

о тех, кому выпало жить в более ранние времена или в других частях планеты – о них не повествует ни один текст. За исключением текстов особого рода – генетических.

Наследственный аппарат человека устроен именно как текст, в нем есть свои буквы, слова, знаки препинания и правила орфографии. Правда, к великому разочарованию писателей-фантастов, этот текст никак не отражает впечатления, которые получает в течение свой жизни его носитель. Кроме того, при каждой смене поколений этот текст беспощадно перетряхивается: в процессе созревания половых клеток хромосомы в них соединяются попарно и обмениваются участками-генами, а затем расходятся в разные клетки. В результате человек получает от каждого из родителей случайно выбранную половину генов.

Однако в нашем организме есть гены, наследующиеся строго по одной линии, без перемешивания. Например, гены, находящиеся в Y-хромосоме. Она имеется только у мужчин,

достается каждому из них от отца, а обмениваться генами (которых в ней, кстати, совсем немного) ей попросту не с кем – у нее нет пары. Поэтому весь содержащийся в ней генетический текст передается из поколения в поколение без изменений, за исключением редких и случайных «опечаток» – мутаций.

Точно так же без изменений, но уже по женской линии передается митохондриальный геном. Митохондрии – это внутриклеточные образования, обеспечивающие клетку энергией. Они размножаются делением и имеют для этого собственную маленькую «хромосому» – молекулу ДНК. Митохондрии есть почти во всех клетках, но при оплодотворении будущий организм получает все свои митохондрии (а с ними – и митохондриальную ДНК) только от яйцеклетки, т. е. от матери. Причем если Y-хромосома передается от отцов только сыновьям, то митохондриальную ДНК (мтДНК) получают в неизменном виде от матери как сыновья, так и дочери. Но только дочери передадут ее внукам.

Все это было известно довольно давно, но лишь в последние десятилетия успехи молекулярной биологии позволили ученым непосредственно читать генетические тексты,

фиксируя разночтения даже в единственной «букве»-нуклеотиде. И тогда родилась дерзкая мысль: а нельзя ли по этим небольшим, но наследуемым без перетасовки структурам восстановить дописьменную историю человечества, проследить пути его расселения по планете и родственные связи составляющих его популяций?

Вообще-то антропология и история давно пытались опереться на генетику и другие биологические дисциплины. Известный советский генетик Александр Серебровский еще в 1922 году сумел получить интереснейшие данные о взаимоотношениях в прошлом народов Дагестана, проанализировав генные частоты у кур в горных аулах (провести такой анализ для самих людей было в ту пору невозможно: генетика человека делала лишь первые шаги). В последующие десятилетия ученые немало узнали о возможных биологических связях народов, сравнивая частоты встречаемости у них различных групп крови, разных вариантов одного и того же фермента и других генетических маркеров. Известный итало-американский генетик, классик популяционной генетики человека Луиджи Кавалли-Сфорца даже попытался реконструировать родственные связи между разными народами мира на основании данных о генных частотах (и их сопоставления с данными сравнительного языкознания). Но, как уже говорилось, сравниваемые гены подвергались перетряхиванию в каждом поколении. Сравнивать можно было лишь частоты встречаемости их вариантов – т. е. характеристики популяции. Сказать что-либо о происхождении конкретного рода, семьи, а тем более – отдельного человека было невозможно.

Во многих странах мира генетики взялись за изучение Y-хромосомы и мтДНК.

Однако как ни мало генов содержит каждый из этих объектов, в первых прикидочных работах удавалось проанализировать лишь часть их. Какую именно – каждая исследовательская группа решала сама, выбор разных лабораторий не совпадал, и результаты огромных и тщательных трудов невозможно было сопоставить. Лишь постепенно, ценой немалых усилий в международном сообществе начал складываться набор стандартов таких исследований. Дело оставалось за малым – за общей программой, в рамках которой можно было бы по стандартной методике проанализировать представителей как можно большего числа (в идеале – всех) человеческих этносов.

Такая программа, получившая название «Генографический проект», начала свою работу в 2005 году. Инициатором ее стало Национальное географическое общество США (известное во всем мире как издатель журнала National Geographic).

Оно же вместе с корпорацией IBM и частным благотворительным фондом семьи Уэйт обеспечило финансирование проекта – 40 млн долларов на 5 лет. Проект возглавил ученик профессора Кавалли-Сфорца доктор Спенсер Уэллс.

В проекте участвуют 10 созданных по всему миру региональных научных центров, каждый из которых должен собрать и проанализировать по 10 тысяч индивидуальных образцов ДНК из своего региона. Команда квалифицированных специалистов, оснащенная современным оборудованием, могла бы выполнить такую работу играючи – если бы пробы можно было брать у коллег, родственников и прохожих на улице. Проблема в том, что проект нацелен на изучение коренного, аборигенного населения тех или иных территорий. Поэтому пробы берутся только у сельских жителей или кочевников.

Источник пробы должен быть мужчиной – только у этого пола есть и Y-хромосома, и мтДНК. Он должен представлять собой как минимум третье поколение своего рода, живущее в данной местности – тех, у кого хотя бы один дед или бабка приехали сюда из других мест, в обследование не берут. (Понятно, что любая граница между «коренными» и «некоренными» условна, но три поколения, прожившие в одном селе, дают некоторую гарантию неслучайности присутствия здесь этих людей. С другой стороны, откуда были родом дед и бабка, помнят почти все, а вот дальше начинаются проблемы.) Если один из членов семьи попал в выборку, то его родные, включая дедов, внуков и кузенов, для обследования уже непригодны – их пробы просто продублируют то, что уже получено от первого представителя рода (троюродных братьев привлекать уже можно). Ну и, наконец, задачей проекта является максимальный охват живущих сегодня на Земле этносов. И с этой точки зрения кеты – аборигены среднего Енисея, которых сегодня осталось всего несколько сот человек – могут дать столько же информации, как миллиардная популяция китайцев-хань. А особенно привлекают ученых небольшие изолированные общины, члены которых обычно не вступают в браки с соседями. Понятно, что такие поселения находятся обычно в труднодоступных местах. А значит, для выполнения проекта нужно ехать на край света и там, на месте знакомиться с людьми, объяснять им цель работы, принципы отбора, выяснять их родственные связи, вспоминать вместе с ними, откуда родом были их дедушки и бабушки – и уж только потом брать и упаковывать должным образом пробу венозной крови...

Когда проект еще только задумывался, некоторые известные специалисты, имевшие опыт работы с изолированными сообществами – например, сотрудник Кембриджского университета Франсуа Баллу, – предрекали, что во многих случаях получить пробу вовсе не удастся: сбор любых частей или выделений тела – волос, ногтей, слюны, не говоря уж о крови – в традиционном обществе воспринимается как недобрая магия.

Однако, по словам директора регионального центра «Северная Евразия», доктора биологических наук Елены Балановской, у ее сотрудников таких проблем пока что не возникло: генетиков везде принимали очень хорошо.

Но допустим, пробы собраны, доставлены в лабораторию, нужные структуры выделены, их нуклеотидная последовательность прочитана. Выявлены все разночтения в мтДНК и Y-хромосоме. И как теперь узнать, какие из них исходные, а какие – результат позднейших мутаций? Ведь у нас нет для сравнения генетического материала общего предка всего человечества.

Однако если сравнивать все разночтения попарно, можно довольно быстро заметить, что они не независимы: некоторые варианты встречаются только в сочетании с другими, более распространенными. Скажем, часть образцов имеет под номером 48 нуклеотид Т, а другая – нуклеотид Ц. В номере 27 тоже есть разночтения: у тех, у кого на 48-м месте стоит Ц, в 27-м может быть А, а может быть Г. А вот если на 48-м месте стоит Т, то на 27-м может быть только Г. Можно предположить, что мутация в 48-м нуклеотиде произошла раньше. Она разделила исходно единый генотип на два варианта, и когда позже мутировал 27-й нуклеотид, это случилось только у кого-то из носителей Ц-версии. Причем очевидно, что на 27-м месте исходно стоял Г, а А – это как раз результат мутации.

Конечно, не все так просто: одинаковые нуклеотиды на одной и той же позиции теоретически могут быть результатом двух независимых одинаковых мутаций. Но вероятность этого быстро уменьшается с ростом числа изученных образцов. Попарные сравнения позволяют быстро построить ветвистую схему (по сути дела – родословное древо изучаемых генетических структур), где каждая точка разветвления – это мутация конкретного нуклеотида, а каждая веточка – это носители одной из версий (мутантной или исходной) этого нуклеотида. Такие веточки генетики называют гаплогруппами.

Красота этой методики в том, что чем больше данных такого рода накапливается, тем больше информации можно выжать из ранее собранных проб.

К примеру, если генетики изучили население некой деревни в английском графстве Йоркшир и выявили имеющиеся там гаплогруппы – это еще ни о чем само по себе не говорит. Но когда появляется много данных такого рода из разных точек мира, выясняется, что одна из этих гаплогрупп не встречается больше нигде в Англии и даже в соседних странах – зато весьма характерна для определенных областей Африки. По сути дела это означает, что в эти места каким-то образом некогда попали африканцы. Между тем, ни в каких исторических источниках упоминаний о чем-либо подобном нет. Упоминаний – нет, а гены – вот они. Или другой пример: у некоего индейского племени гаплогруппы по мтДНК оказались «своими», аборигенными, а по Y-хромосоме – на 95% совпали с гаплогруппами проживающих в данной местности белых американцев. Видимо, в истории племени была какая-то катастрофа – не отраженная ни в индейских сказаниях, ни в исторических документах белой Америки.

Подобные сюрпризы ожидали исследователей довольно часто. Еще до начала проекта сотрудники лаборатории популяционной генетики человека Медико-генетического научного центра РАМН (ставшей в Генографическом проекте основой регионального центра «Северная Евразия») изучили коренное русское население центральной России – и обнаружили, что антропологически оно имеет мало общего со славянскими народами центральной Европы, зато очень похоже на финно-угорские народы. То, что биологический вклад финно-угров в русский этнос весьма солиден, было нетрудно догадаться, но вот что собственно славянский след придется искать буквально под микроскопом – этого не предполагал никто. Позднее анализ гаплогрупп восстановил более привычную картину: русский генофонд оказался «двусоставным», связанным явным родством как с угро-финскими, так и со славянскими (не только восточными, но и западными) популяциями. При этом парадоксальным образом разнообразие внутри русского этноса оказалось значительно больше, чем разница между «усредненной русской» популяцией и такими же популяциями украинцев или белорусов.

Зато теперь Генографический проект дает возможность каждому определить, из каких краев происходят его собственные гены.

Помимо строго научной части (изучения аборигенных популяций) он включает в себя и публичную. Любой желающий может за небольшую сумму купить специально разработанный набор. В него входит специальный скребок, которым можно сделать соскоб с внутренней стороны щеки. Этот соскоб нужно поместить в специальные реактивы (также входящие в набор) и отправить в «11-й центр» – единый для всего мира и созданный специально для работ с пробами добровольцев. Через 4 – 6 недель отправитель может заглянуть на сайт проекта и, отыскав свой пароль (он прилагается к набору), узнать свое место в истории человеческого рода и его отдельных ветвей. Инициатива пользуется немалым успехом: если от аборигенного населения планеты предполагается собрать сто тысяч образцов (на май этого года их было собрано около 25 тысяч), то от добровольцев уже поступило более двухсот тысяч проб, и это число растет с каждым днем.

Только не надо думать, что ученые сегодня могут определить по генетическим маркерам национальную принадлежность того или иного человека. Наоборот:

новые исследования лишний раз подтвердили давно известную антропологам истину о том, что этническая принадлежность не связана с какими-либо биологическими особенностями. Проще говоря, никаких «русских генов» (равно как и немецких, еврейских или японских) не существует в природе – что бы там ни твердили на сей счет малограмотные идеологи национализма.

Принадлежность к тому или иному народу определяется не генетикой, а культурой (и в первую очередь – родным языком). А ассимиляция одного этноса другим, как теперь выясняется, идет не столько за счет «поглотительных» межнациональных браков, сколько путем постепенного перенимания языка и культурных стереотипов. Генетически же население той или иной территории обычно меняется очень мало – хотя контакты с «чужаками» и оставляют на нем вполне различимый отпечаток.

«Генетика отражает не войны, а любовь, – улыбается Елена Балановская. – Войны могут не оставить никакого генетического следа – пришли и ушли. А любовь отражается всегда».

Источник: «Что нового в науке и технике» № 1-2, 2008,