Одиссея генов. Захватывающая история человечества, извлеченная из ДНК

Évelyne Heyer

with the collaboration of Xavier Müller

L’ODYSSÉE DES GÈNES

© Editions Flammarion, Paris, 2020

Published in the Russian language by arrangement with Editions Flammarion

Russian Edition Copyright © Sindbad Publishers Ltd., 2021

Издание осуществлено в рамках программы содействия издательскому делу «Пушкин» при поддержке Французского Института в России.

Cet ouvrage, publié dans le cadre du Programme d´aide á la publication Pouchkine, a bénéficié du soutien de l´Institut français de Russie.

Перевод с французского Александры Васильковой

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Корпус Права»

© Издание на русском языке, перевод на русский язык, оформление. Издательство «Синдбад», 2021.

Пролог

Лето 2011 года, Сибирь. Я иду по пыльным улицам, застроенным деревянными домами. Около восьми утра далеко над вершинами Алтая, горной системы, где сходятся Казахстан, Китай и Монголия, показалось солнце. Но я едва замечаю величественную панораму, достойную «Властелина колец», не в силах думать ни о чем, кроме проекта, над которым работаю вот уже десять лет. Он может показаться безумным: восстановить историю народов Центральной Азии, основываясь только на их ДНК. Гены для меня – учебник истории, машина времени. Благодаря методам генетики я исследую наше прошлое там, где нет никаких архивов.

Я приехала в Азию, чтобы выяснить, кто населял эти места на протяжении веков, но эта работа – лишь часть куда более обширного замысла. Речь идет о том, чтобы найти ответ на вопрос, который касается нас всех: каким образом человек завоевал планету? Как всего за несколько миллионов лет горстка скитавшихся по саванне Homo sapiens превратилась в доминирующий вид? Мы с молниеносной быстротой освоили континенты с их экосистемами; наша способность адаптироваться поражает воображение. Какими путями шли наши предки, рискнувшие покинуть африканскую колыбель и исследовать новые земли? Насколько изменился наш геном, чтобы приспособиться к новому климату? Сейчас нас на Земле 7,5 миллиарда. И каждый человек – дитя этой общей истории.

На местности

И вот мы с моими коллегами-исследователями приходим в деревню, чтобы собрать образцы ДНК местных жителей. Ради выполнения этой задачи мы уже получили разрешения министерств здравоохранения и культуры Республики Алтай. Но чтобы подстраховаться, нам требуется еще и согласие главы района.

Только он даст нам разрешение обращаться к местным жителям. В такой стране, как Франция, это свелось бы к простой формальности, обмену письмами. Здесь приходится иметь дело с многоголовой административной гидрой. Несмотря на владевшее мной возбуждение, я шла на эту встречу с некоторой опаской. Прежние неудачи послужили мне наукой: в удаленных азиатских регионах просто ничего не делается… Мне вспоминается день, когда мы в Киргизии оказались в районе, где заправлял клан, враждебный тому, который был у власти. И, несмотря на подписанную правительством бумагу, договориться так и не удалось. Пришлось бы платить бакшиш, но от этого мы отказались.

У районного руководителя типичная для местного жителя внешность – круглое лицо, смуглая кожа, узкие раскосые глаза. Кабинет в коммунистическом стиле, мы повидали много таких: скучная практичная мебель, на самом видном месте – портрет Путина, хотя официально президент Дмитрий Медведев… Впрочем, чем дальше от Москвы, тем присутствие Путина ощутимее. Надо отметить, что у него есть дача в этих краях, благодаря чему мы добрались в такую глушь по очень приличной дороге. Как бы то ни было, глава района безмятежно смотрит на нас, а мы пытаемся ему объяснить, что нам нужно. Пока я еще не знаю, что в ближайшие годы именно в этом регионе мира нам предстоит получить важнейшие данные об истории нашего вида.

Наша команда состоит из узбечки-генетика, русского-этнолога, француза-лингвиста, документалиста и меня – антрополога и генетика. Как я уже говорила, меня интересуют разнообразие и история людей, о которых способна поведать генетика, в частности то, как люди заселили Землю. Эта тайна меня завораживает, как и все вопросы, связанные с миграционными движениями, которыми размечено наше завоевание земного шара.

Мы объясняем местному руководителю, что его район представляет особый интерес для восстановления главного события этой великой истории: именно с юга Сибири люди отправились колонизировать Америку. Мы столько раз все это излагали, что заучили свой рассказ наизусть. Кош-Агач – кажется, десятое село, которое мы посещаем за время нашей кампании, начавшейся три недели назад. Продолжаем объяснять, следя за реакцией чиновника.

Да, вполне возможно вывести нашу историю из ДНК современных народов. И нет, никакое это не шаманство, добавляю я про себя, вспомнив бубен с красной каймой, который видела накануне висящим перед домом… Надо сказать, что этот регион насквозь пронизан верованиями. Например, гора Белуха, самая высокая вершина Алтая, неодолимо влечет к себе людей. На одном сайте я прочла, что эта гора «обладает огромной целительной силой» и что она «глубоко воздействует на вас, проникая в ДНК». Так что от генетики в наши дни не спрятаться нигде!

В нашем случае для сбора образцов ДНК необходимо добровольное участие людей в проекте. От них требуется согласие на изучение их генофонда путем забора крови или слюны для анализа. Речь идет об осознанном согласии: присоединяясь к проекту, каждый должен понимать его цели. Но это далеко не единственное разрешение, которого приходится добиваться в стране, где администрация обладает всей полнотой власти. Потому-то мы и обратились к главе района.

ДНК для изучения прошлого

Чиновник остается невозмутимым, и я не знаю, скрывается ли за его поведением откровенное равнодушие к нашему проекту или непонимание наших ученых речей… На мгновение я поставила себя на его место и в очередной раз оценила размер культурной пропасти, разделяющей нас – меня, ученую-горожанку в походной обуви, и его – чиновника из забытой миром деревушки, где разводят скот и пасут стада верхом на лошади. Пусть я не с Дикого Запада, зато оказалась на настоящем Диком Востоке! И, конечно, есть от чего прийти в ступор при мысли о том, что ДНК может обернуться машиной времени, переносящей в прошлое.

Глава района продолжает нас разглядывать, но, несмотря на легкое беспокойство, я верю в успех. За время сбора образцов мы научились объяснять, чем мы занимаемся, так, чтобы нас понимали все. В общем, с теми познаниями, какие могут быть у деревенских жителей, похоже, лучше всего согласуется археологическое объяснение: точно так же, как археологи копаются в земле, отыскивая следы прошлого, генетики роются в ДНК, восстанавливая историю древних предков в поисках родства между разными народами Центральной Азии и Сибири.

И потому мы говорим начальнику, что занимаемся своеобразной археологией на основе ДНК (мы точно не знаем, насколько велики познания нашего собеседника в области генетики, но, несомненно, он, как и все, слышал про ДНК). Используя ДНК ныне живущих людей, можно углубиться в прошлое. Это одна из самых впечатляющих возможностей генетики.

Жители всех деревень, где мне удалось побывать, от западной части Центральной Азии до берегов Аральского моря, до Восточной Сибири и озера Байкал, проявляли одинаковый интерес к истории. Люди жаждут любых сведений о своем происхождении и особенно хотят узнать, откуда пришли их предки. Еще две вещи, которые роднят тысячи участников наших исследований: это любопытство и гордость. Любопытство у них пробуждают французские ученые (Франция вообще популярна у жителей других стран из-за Эйфелевой башни и Зидана; одно время пользовался популярностью и Жак Ширак, отказавшийся воевать в Ираке), а гордость вызывает участие в международном исследовании. Нам не раз говорили: «Благодаря вам наша деревня появится на карте мира».

Руководитель района окидывает нас взглядом и наконец оживляется. Ему лестно, что среди тех, кто несколько тысяч лет назад положил начало американским народам, могли быть и его предки! Сам он прекрасно представлял себе этот миграционный путь. От него не ускользнуло значительное сходство местных и североамериканских туземных народов, не только физическое, но и культурное: к примеру, по обе стороны Берингова пролива древнее традиционное жилище – это вигвам из березовой коры. Я вздыхаю с облегчением: этот человек не станет на пути нашего проекта; скорее, мы найдем в нем союзника.

Теперь я знаю, что партия выиграна, что наша команда не встретит препятствий. Мы улыбаемся и горячо благодарим нашего собеседника, а тот расплывается в ослепительной улыбке. Еще и поэтому я предпочитаю частично утолять свою страсть к науке полевыми исследованиями. Я могла бы избрать сугубо теоретическую область, которая вынудила бы меня целыми днями сидеть за компьютером. Но я выбрала вольный воздух и незабываемые встречи… позволяющие не зацикливаться на неприятных происшествиях, которыми изобилуют все наши экспедиции!

Мы спрашиваем у главы района, готов ли он на несколько дней предоставить нам помещение. Этого вполне хватит, чтобы пригласить добровольцев и взять у них немного слюны. Да, в этой сибирской экспедиции мы решили брать ДНК из слюны, а не из крови: качество таких образцов хуже, но с точки зрения логистики это был единственный вариант. В ответ он предлагает то, что называет «гостиницей» и под чем подразумевается домик, предназначенный для приема официальных гостей. Во время экспедиций мне приходилось собирать образцы в самых разных помещениях – медпунктах, школах, мэрии, а один раз даже в мечети.

В «гостинице» Кош-Агача нам предстоит принять больше полусотни человек, которые окажут нам любезность и пожертвуют науке свою слюну. Затем мы снова тронемся в путь и через несколько километров остановимся в новой деревне, где нас уже не будет поддерживать наш официальный партнер; на этот раз нам окажет содействие местная жительница, которую все знают. Там мы проведем два дня, а потом опять соберемся и уедем, чтобы остановиться чуть дальше.

В последние десять лет дороги то и дело уводят меня далеко от моего парижского кабинета: я побывала и в Сибири, и в Центральной Азии, и в Африке. Я ходила по бескрайним пустыням и степям, прокаленными солнцем тропинками поднималась в горы. Веками людей побуждали отправляться в походы пряности или драгоценные металлы. Моя пряность – кровь, текущая в наших жилах. Для меня она не менее драгоценна, чем для других – золото или нефть. Впрочем, на этих страницах я буду рассказывать не свою историю. Потому что вожделенное сокровище, таящееся в глубинах наших клеток, содержит в себе фрагменты самой невероятной истории, какую только можно рассказать.

Приключения человеческого рода

Того самого, который всего 7 миллионов лет назад бегал по африканской земле на четвереньках. А потом отправился завоевывать Землю.

Это история приключений рода человеческого. Слегка отклонившись в сторону, чтобы разобраться, что делает (и не делает) существо человеком, и сравнить нас с нашими ближайшими родственниками – шимпанзе, – мы затем увидим, каким образом нам, более 100 тысяч лет назад покинувшим Африку, удалось завоевать планету. Казалось, эту эпопею, состоявшую из череды скрещиваний и миграций, уже никогда не восстановить, хоть она и записана в нашей ДНК. Но теперь мы можем читать генетический код как открытую книгу и постепенно углубляться в прошлое.

Благодаря возможностям информатики и методам амплификации генетической информации мы действительно можем заставить «говорить» не только ДНК современных людей, но и ДНК наших далеких предков, восстанавливать родственные связи людей и пути передачи генов, носителями которых они являлись, и т. д.

В этой истории мы совершим путешествие не только бок о бок с исчезнувшими видами, такими как неандертальцы или денисовцы, но и в обществе первых земледельцев Плодородного полумесяца; и загадочного степного народа, возможного родоначальника индоевропейских языков; и Чингисхана, от которого, быть может, происходит 10 % современных китайцев и монголов; и «королевских дочерей», чьими потомками являются многие современные жители Квебека; и рабов, происхождение которых удалось установить путем генетического тестирования афроамериканцев.

От вопросов, на которые мы попытаемся ответить по пути, голова идет кругом: как могут все 7,5 миллиарда людей, составляющих человеческую популяцию, происходить от нескольких живших в Африке доисторических племен? Почему у австралийских аборигенов темная кожа и курчавые волосы, а у их ближайших соседей в Индонезии раскосые глаза? Почему некоторые генетические заболевания специфичны для Квебека? Почему баски говорят на языке, не имеющем ничего общего с другими европейскими языками? Почему представители некоторых народов способны усваивать молоко даже во взрослом возрасте? Как связаны между собой культурное и генетическое разнообразие?

Эта долгая история, записанная в наших генах, сегодня вызывает всеобщий интерес: ведь теперь каждый может, отправив специалистам немного слюны, узнать о своей генетической родословной. Мы разберемся, как следует интерпретировать эти порой обескураживающие результаты.

Обращение к прошлому ничуть не мешает смотреть в будущее. Существует ли предел увеличения продолжительности жизни? Как повлияет на нас окружающая среда? А главное – какой путь следует избрать, чтобы человеческая эпопея продолжалась в гармонии с планетой? Итак, путешествие начинается!

Часть 1

Первые шаги

Неандерталец. Реконструкция

7 миллионов лет назад

Расхождение с шимпанзе

Демократическая Республика Конго. В 25 километрах от ее столицы, Киншасы, среди тропического дождевого леса расположилось несколько каменных зданий – мирное пристанище для наших родственников. Приют Lola ya bonobo («Рай для бонобо») – единственное место в мире, где заботятся об осиротевших бонобо, жертвах незаконной торговли экзотическим мясом. Приматы живут более или менее свободно в обширном заповеднике, окружающем лагерь, где растут деревья с досковидными корнями. Детеныши бонобо неспособны прокормиться самостоятельно, и конголезские «няни» кормят их из бутылочки с соской.

Когда смотришь, как эти малыши, насытившись, верещат на руках у приемных матерей и ссорятся друг с дружкой, кажется, что ты попал в детский сад. Детеныши бонобо ведут себя точь-в-точь как человеческие дети – сходство просто потрясающее! Но когда жил наш общий с бонобо предок? Может ли ДНК подсказать, когда линия людей разошлась с линией больших человекообразных обезьян? Иначе говоря, помогает ли генетика понять, когда началась человеческая история?

Наблюдая за человекообразными обезьянами, невозможно не заметить, что мы состоим с ними в близком родстве. Однако нам понадобились Чарльз Дарвин и его теория эволюции, чтобы в это поверить. На самом деле человек принадлежит к отряду приматов, точнее – к парвотряду обезьян Старого Света (гоминиды на жаргоне палеонтологов): наши ближайшие родственники – шимпанзе и бонобо, чуть более дальние – гориллы, затем – орангутаны. Мы не произошли от больших обезьян – мы с ними в родстве. Итак, наши ближайшие родственники – группа, в которую входят шимпанзе и бонобо. И наоборот: ближайший родственник группы шимпанзе и бонобо – человек, а значит, и шимпанзе ближе к человеку, чем к горилле.

Точное понимание этих родственных связей дает нам генетика. С начала 2000-х годов наука заметно продвинулась вперед: секвенирование генома (то есть чтение ДНК) нашего вида, затем – шимпанзе, бонобо, гориллы, а потом и орангутана позволило сравнить и уточнить генеалогию каждого. И все это – благодаря четырем буквам: А, С, Т и G. Эти буквы (первые буквы названий молекул аденина, цитозина, тимина и гуанина, представляющих собой бусины в четках ДНК) составляют алфавит, на котором записывается геном всего живого на Земле. У всех один и тот же молекулярный механизм, одни и те же буквы – у нарцисса, у водоросли, у птицы. Отчего такая универсальность? Оттого, что все формы жизни на Земле – потомки молекулы, появившейся примерно 3,5 миллиарда лет назад. Мы все унаследовали от нее один генетический механизм, который позволяет прочесть всю информацию, содержащуюся в ДНК.

Генетический код универсален, но порядок, в котором выстроены буквы, определяет уникальную запись генома того или иного вида. Например, ДНК человека – это ряд из трех миллиардов нуклеотидов (так называют молекулы A, C, T и G), что равносильно тексту, занимающему 750 тысяч страниц, или 750 томам изданий «Плеяды»! Только в 2001 году биологи сумели до конца прочесть последовательность букв, составляющих этот длинный роман.

Наш родственник на 98,8 %

Благодаря этой работе и другим исследованиям, посвященным человекообразным обезьянам, ученые сумели дать количественную оценку нашим родственным связям. Это сравнение крайне важно: чем ближе друг к другу два вида в огромной генеалогии живого мира, тем более схожи между собой последовательности оснований их ДНК. К каким же выводам пришли ученые? Наша ДНК совпадает с ДНК шимпанзе на 98,8 %. Иными словами, мы отличаемся от шимпанзе лишь на 1,2 % нашего генома!

Это одновременно и много, и мало. Человеческая ДНК состоит из трех миллиардов пар нуклеотидов, и 1,2 % – это 35 миллионов различий, образовавшихся постепенно и случайно. Генетическое расхождение, вызывающее различия между двумя видами, всегда начинается с мутации, затрагивающей нуклеотид: то есть буква А превращается в Т, или происходит любая другая комбинация. Затем эта мутация проходит через фильтр естественного отбора. Если она слишком сильно повреждает клеточные механизмы, то особи, несущие в себе эту мутацию, погибают или не размножаются; но если мутация дает особи какое-то преимущество, она получает возможность передаться следующим поколениям и в каждом новом поколении будет встречаться все чаще. Замечу, что большинство мутаций нельзя назвать благоприятными или неблагоприятными: они нейтральны, поскольку лишь незначительная часть нашей ДНК транслируется в протеины. Мутации сохраняются из поколения в поколение или случайным образом медленно исчезают.

Помимо 1,2 % различий, при сравнении ДНК человека и шимпанзе можно заметить еще кое-что важное: отдельные части генома, имеющиеся у одного вида, отсутствуют у другого. Биологи называют добавление фрагмента ДНК инсерцией, а его утрату – делецией. Такие различия в цепочке ДНК встречаются реже, чем мутации, но, поскольку они затрагивают длинные последовательности нуклеотидов (основных молекул двойной спирали), пропорционально их доля в геноме больше. Так что 500 тысяч инсерций и делеций соответствуют нашим отличиям от шимпанзе на 90 миллионов нуклеотидов.

Ученые сравнили не только ДНК человека и шимпанзе, но и геномы двух больших человекообразных обезьян одного вида. И получили удивительный результат, связанный с географическим распределением видов. Возьмите карту мира и нанесите на нее места обитания популяций больших обезьян: главное различие между нами и нашими сородичами сразу бросится в глаза. Если представители вида Homo sapiens расселились по всей планете, то наши ближайшие родственники – шимпанзе, бонобо и гориллы – живут лишь в некоторых регионах Центральной Африки. А чуть более дальний наш родственник, орангутан, не покидает тропики Юго-Восточной Азии.

Хотя наш вид распространен повсеместно, именно у него самый низкий уровень генетического разнообразия: мы все одинаковы на 99,9 %. Если сравнить буква за буквой ДНК двух любых живущих на планете людей, то в среднем один человек будет отличаться от другого на одну букву из тысячи. По сравнению с большими обезьянами это мало: у двух шимпанзе из Центральной Африки примерно в два раза больше генетических различий, чем у любых двух человек. Что же касается орангутанов с острова Борнео, между ними генетических различий втрое больше, чем между людьми.

Эта генетическая однородность – следствие нашей демографической истории. Действительно, на протяжении большей части периода эволюции нашего вида его численность была невелика по сравнению с другими приматами. Генетические данные указывают на то, что в промежутке от миллиона до 100 тысяч лет назад шимпанзе и бонобо насчитывалось намного больше, чем людей. Не удивительно ли это, учитывая, что сегодня нас больше 7 миллиардов и мы оккупировали все экосистемы на Земле?

Главное разделение

Итак, нас отделяют от шимпанзе (и от бонобо, считающегося одним из двух видов шимпанзе) тонкие, как папиросная бумага, генетические различия. Причина одна: в относительно недавнем прошлом мы с шимпанзе составляли единое целое. Но когда же мы расстались? Когда линия людей разошлась с той, от которой произошли шимпанзе? Генетика ответила на этот вопрос после настоящего научного сериала. Чтобы понять первый неожиданный поворот его сюжета, нам нужно разобраться с методом, который использовали биологи: знаменитыми молекулярными часами. Принцип их действия прост: чем больше времени проходит с момента существования общего предка двух линий, тем больше накапливается мутаций и тем больше особенностей формируется у каждой из линий. Определив коэффициент мутации за единицу времени и предположив, что он остается постоянным, можно дойти до точки расхождения двух линий.

Основываясь на этом принципе, биологи поначалу решили, что люди и орангутаны разошлись по меньшей мере 13–15 миллионов лет назад, а люди и шимпанзе – 5 или 6 миллионов лет назад. Это невозможно, тотчас возразили антропологи: такая датировка противоречила их данным. Возраст оррорина, одного из первых представителей человеческого рода, открытого Брижитт Сеню и Мартином Пикфордом, – примерно 6 миллионов лет; другая претендентка на роль «самого древнего человека» (пусть даже спорная) – Тумай, череп которой был найден Мишелем Брюне, – жила около 7 миллионов лет назад.

С появлением высокоэффективных методов секвенирования ученым пришлось пересмотреть скорость хода молекулярных часов. Сравнивая ДНК детей с ДНК их отца и матери, можно напрямую подсчитать количество новых мутаций, появляющихся в каждом поколении. У каждой особи примерно 70 новых мутаций (от 20 до 40 по сравнению с материнской ДНК и от 20 до 40 по сравнению с отцовской). Впрочем, число это очень непостоянное, и иногда количество мутаций доходит до 100. Оно зависит от возраста отца в момент рождения ребенка. Чем старше отец, тем больше мутаций, тогда как возраст матери на их число почти не влияет.

Таким образом, у детей немолодого отца количество мутаций больше, чем у детей молодого отца. Не может ли это быть одним из объяснений аутизма? Поскольку риск аутизма у ребенка повышается с возрастом отца, исследователи поддались соблазну усмотреть здесь связь: аутизм может быть следствием роста числа новых мутаций, передаваемых отцом, с увеличением его возраста. Но эта гипотеза обходит стороной важный факт: доля генома, на который могла бы воздействовать мутация, на самом деле незначительна. С теми или иными функциями организма связано менее 5 % генома. Так что вероятность влияния на них этих мутаций очень мала. В итоге эта версия происхождения аутизма была отвергнута.

На основе среднего числа мутаций в поколении были смоделированы новые молекулярные часы. И оказалось, что они вдвое медленнее, чем прежние! По ним для накопления определенного числа генетических различий времени требуется вдвое больше, чем по старым. Иначе говоря, все датировки нужно умножать на два. Так, разделение людей и шимпанзе должно было произойти 10 миллионов лет назад, а разделение людей и орангутанов – более 20 миллионов лет назад. Но это слишком рано по сравнению с данными ископаемых останков. Что за чертовщина? Есть ли возможность как-то примирить генетику и палеоантропологию?

Ответ – да. Ученым пришлось договориться между собой, для начала ответив на вопрос, можно ли вообще соотнести генетические данные с датировками ископаемых останков. По сути, генетические данные нужны для того, чтобы определить момент, после которого два вида полностью перестали скрещиваться между собой. Палеоантропологи же пытаются найти самое древнее ископаемое существо, которое можно отнести к человеческой линии: для этого существу (примату) достаточно оказаться двуногим. Расхождение двух видов (видообразование) не обязательно должно было произойти мгновенно. Скрещивания между двумя зарождавшимися видами могли продолжаться довольно долго. Но ископаемые останки не дают информации об этих возможных скрещиваниях. Например, ничто не позволяет выяснить, могли ли особи того вида, к которому принадлежал оррорин, скрещиваться с предками шимпанзе. Если это действительно происходило, данные анализа ископаемых останков неминуемо будут указывать на более ранний период, чем генетические данные.