Энергия, секс, самоубийство
Шрифт:
Если скорость подсчитана правильно, то различия между 147 образцами митохондриальной ДНК говорят о том, что последний общий предок людей, у которых были взяты ее образцы, жил примерно 200 тысяч лет назад. Более того, как и в исследованиях ядерной ДНК, наиболее значительная дивергенция была отмечена среди африканских популяций, то есть наш последний общий предок, вероятно, был африканцем. Третий важный вывод, который сделали Канн, Стоункинг и Уилсон в статье 1987 г., касался характера человеческих миграций. Большинство популяций за пределами Африки оказались «полигенными», то есть у народов, населяющих один и тот же район, встречаются разные последовательности митохондриальной ДНК. Это наводит на мысль о том, что многие районы мира колонизировались неоднократно. Подводя итог, группа Уилсон пришла к выводу, что «митохондриальная Ева» жила в Африке не так давно и
Эти исключительно важные открытия заложили основы новой научной области, которая динамично развивалась в 1990-х гг. Наконец-то оказалось возможным предложить «строгие научные ответы» на многие вопросы, связанные с антропологией, популяционной генетикой, а также лингвистическими и культурными аспектами древней истории. Многочисленные технические усовершенствования метода позволили уточнить некоторые даты (теперь считают, что «митохондриальная Ева» жила 170 тысяч лет назад), но в основе всей последующей работы лежали положения Уилсона и его коллег. Сам Уилсон, поистине харизматическая личность, как ни печально, умер в расцвете сил от лейкемии в 1991 г. Ему было всего 56 лет.
Уверен, что Уилсон гордился бы достижениями научной области, у истоков которой он стоял. Анализ митохондриальной ДНК ответил на многие вопросы, которым, казалось, суждено было вечно оставаться спорными. Один из них — это происхождение народа, населяющего отдаленные острова Полинезии. Знаменитый норвежский исследователь Тур Хейердал утверждал, что они были заселены из Южной Америки. Чтобы доказать это, он построил плот из бальзовых бревен, назвал его «Кон-Тики» и в 1947 г. отплыл на нем с пятью спутниками из Перу. Через 101 день они прибыли на острова архипелага Туамоту, преодолев расстояние в 8 тысяч километров. Конечно, этим они доказали только то, что это возможно, а не то, что это действительно было. Анализ митохондриальной ДНК не подтверждает гипотезу заселения Полинезии из Южной Америки, а говорит о том, что Полинезия была заселена с запада и что было по крайней мере три волны миграции, что согласуется с результатами более ранних лингвистических исследований. Примерно у 94 % жителей Полинезии последовательности митохондриальной ДНК сходны с аналогичными последовательностями народов Индонезии и Тайваня; 3,5 %, по-видимому, происходят из Вануату и Папуа — Новой Гвинеи, а еще 0,6 % — с Филиппинских островов. Интересно, что у 0,3 % жителей митохондриальная ДНК соответствует ДНК некоторых индейских племен Южной Америки, а значит, в доисторические времена между Полинезией и Южной Америкой все же могли быть какие-то контакты.
Еще один трудный вопрос, на который был найден ответ, касался неандертальцев. Судя по образцам, взятым из мумифицированного тела неандертальца, найденного в 1856 г. в окрестностях Дюссельдорфа, митохондриальная ДНК неандертальцев отличалась от митохондриальной ДНК современных людей. Никаких следов общности с неандертальцами у Homo sapiens не обнаружено. Это говорит о том, что неандертальцы были отдельным подвидом и никогда не скрещивались с людьми. Последний общий предок неандертальцев и людей, возможно, жил около 500–600 тысяч лет назад.
Это лишь два из многочисленных экскурсов в человеческую предысторию, открывшихся нам благодаря анализу митохондриальный ДНК. Однако нет добра без худа. Упрощенческий подход привел к тому, что теория превратилась в доктрину. Ее положения свелись к коротким фразам и повторяются, как мантра, без понимания смысла и без упоминания допущений, на которых некогда основывалась теория. Теперь мы слышим, что митохондриальная ДНК наследуется исключительно по материнской линии. Рекомбинации нет. Отбор на митохондриальную ДНК не действует, так как она кодирует лишь несколько неважных генов. Частота ее мутаций примерно постоянна. Митохондриальные гены отражают истинную филогению людей и народов.
Эта мантра беспокоила некоторых исследователей с самого начала, но лишь недавно эта тревога приобрела четкие очертания. В частности, появились указания на то, что возможна рекомбинация материнской и отцовской митохондриальной ДНК, что «ход» митохондриальных «часов» не всегда равномерен, а также на то, что некоторые митохондриальные гены (включая считавшийся «нейтральным» контрольный участок) могут находиться под сильным давлением отбора. Эти исключения заставляют усомниться в справедливости некоторых сделанных ранее выводов, однако существенно проясняют
Митохондриальная рекомбинация
Если митохондрии передаются только по материнской линии, то особых возможностей рекомбинации не просматривается. Половая рекомбинация предполагает случайный обмен ДНК между двумя эквивалентными хромосомами с образованием двух новых хромосом, каждая из которых содержит смесь генов. Ясно, что для того, чтобы рекомбинация была возможна или, по крайней мере, осмысленна, нужна ДНК из двух разных источников, то есть от двух родителей. Обмен генами между двумя идентичными хромосомами не имеет большого смысла, если только одна из двух хромосом не повреждена (это условие должно настораживать, но подробнее об этом позже). Однако в общем при половом размножении происходит рекомбинация и перегруппировка ядерных генов, то есть материнские и отцовские гены смешиваются, а рекомбинации митохондриальной ДНК не происходит, так как все митохондриальные гены происходят от матери. Таким образом, согласно ортодоксальной точке зрения, отцовская и материнская митохондриальные ДНК не смешиваются.
Тем не менее уже довольно давно было известно, что слияние митохондрий и рекомбинация митохондриальной ДНК есть у некоторых примитивных эукариот, например дрожжей. Конечно, как скажет вам любой антрополог, дрожжи — не то же самое, что человек, и такое поведение дрожжей не считалось аргументом против ортодоксальной теории. Потом митохондриальная рекомбинация была найдена и у некоторых других животных, например мидий, но и тут можно было сказать, что эти странности не имеют никакого отношения к эволюции человека. Поэтому все очень удивились, когда Баскар Тиагараян и его коллеги в Университете Миннесоты в 1996 г. продемонстрировали рекомбинацию митохондриальной ДНК у крыс. От этих данных уже нельзя было отмахнуться — как-никак братья-млекопитающие. Но худшее ждало впереди. В 2001 г. было показано, что рекомбинация митохондриальной ДНК происходит в сердечной мышце человека.
Впрочем, даже эти исследования не слишком сильно потрясли основы. Как правило, одна митохондрия содержит 5–10 копий хромосомы в качестве страховки от ущерба, связанного со свободными радикалами. Маловероятно, что один и тот же ген будет поврежден на всех хромосомах, и процесс производства белков можно будет продолжать как обычно. Однако многочисленные копии не позволяют эффективно бороться с ущербом, так как изношенные хромосомы производят смесь нормальных и ненормальных белков. Лучше починить поломку, как это делают все нормальные бактерии, а именно провести рекомбинацию с неповрежденными участками хромосом и получить хорошие рабочие копии. Такая рекомбинация между эквивалентными хромосомами в одной и той же митохондрии называется «гомологичной» рекомбинацией. Она не подрывает сам принцип материнского наследования, а просто служит способом устранения повреждений в пределах одной особи. Так что митохондрии могут сливаться и прибегать к гомологичной рекомбинации сколько им угодно. Все равно вся митохондриальная ДНК наследуется только от матери.
Тем не менее если в яйцеклетке окажутся отцовские митохондрии, то рекомбинация отцовской и материнской митохондриальной ДНК в принципе возможна. Отцовские митохондрии могут проникать в яйцеклетки человека, поэтому нельзя исключать, что некоторые из них ухитрятся выжить там. Бывает ли так? Прямых свидетельств не было, поэтому разные исследовательские группы стали искать косвенные свидетельства митохондриальной рекомбинации — и нашли их. Первой ласточкой были данные Адама Эйра-Уокера, Ноэля Смита и Джона Мейнарда Смита (Университет Суссекса), опубликованные в 1999 г. Они были, по сути, статистическими. Эти ученые утверждали, что если митохондриальная ДНК действительно воспроизводится за счет клонального размножения митохондрий, то ее последовательности должны продолжать расходиться в разных популяциях по мере того, как они приобретают новые мутации. На самом деле так происходит не всегда. Иногда всплывает «атавистическая» последовательность, до странности похожая на предковый тип. Это может произойти только по двум причинам: в результате случайных «возвратных» мутаций, что по определению крайне маловероятно, или за счет рекомбинации с кем-то, кто сохранил исходную последовательность. Такие неожиданные реинкарнации последовательностей называются гомоплазиями. Эйр-Уокер и его коллеги нашли немало гомоплазий. Списать их на игру случая было нельзя, и они решили, что нашли свидетельство рекомбинации.