Луис Кинтана-Мурси – Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов (страница 31)

Кроме того, очень вероятно, что паразитические черви – гельминты – оставляют в организме-хозяине более сильные следы воздействия отбора, чем вирусы, простейшие или бактерии. Это может оказаться следствием более медленной эволюции паразитических червей, которая выразилась в их мало изменяющемся географическом распространении. При этом в другом исследовании использовался диаметрально противоположный подход, основанный на анализе многовидовых данных, – и его результатом стал вывод, что из всех возбудителей инфекционных заболеваний вирусы оказали наибольшее воздействие на эволюцию млекопитающих, повлияв на развитие многих белков. Однако какими бы ни были специфические патогены, повлиявшие на отбор, следы которого мы находим в генах человека, эти исследования подчеркивают, что разнообразие генов иммунного ответа основывается на столкновении человека в процессе эволюции с возбудителями инфекционных заболеваний. Эта «гонка вооружений» определяла то, какими мы стали: нависающая над нами угроза заставила нас измениться.

Тщательно хранимое наследство

Все еще трудно идентифицировать конкретных возбудителей инфекционных заболеваний, участвовавших в эволюции человека и повлиявших на отбор, и характер этого влияния. Несмотря на некоторые ограничения, исследование воздействия естественного отбора на наши геномы, а также масштаба и формы его воздействия, оказалось крайне важным для выявления генов и функций, от которых зависит поддержание и увеличение генетического разнообразия, способствующего адаптации человека. При рассмотрении стабилизирующего отбора мы видели, что уровень генетического разнообразия может поддерживаться довольно долго, сохраняясь даже после появления нового вида: это уже упомянутый трансвидовой полиморфизм.

Примером длительного сохранения «эволюционного наследства» является главный комплекс гистосовместимости у позвоночных, или HLA у человека. В данном случае генетическое разнообразие получено по наследству от очень древних предков – как у приматов, так и у других млекопитающих, у птиц и у рыб. Точно так же было показано, что система групп крови АВО представляет собой трансвидовой полиморфизм, общий для разных видов приматов, включая человека. Кроме воздействия, связанного с патогенами, по всей вероятности, на поддержание трансвидового разнообразия в системах HLA и АВО повлияли и другие факторы – такие, как половой отбор.

Действительно, давно известно, что система HLA, используемая иммунной системой для распознавания «свой-чужой», играет важную роль в выборе полового партнера у многих видов позвоночных. Объяснением этого явления может служить гипотеза, что при спаривании с партнером, имеющим другие гены HLA, рождается потомство с разнообразным набором генов, участвующих в иммунитете, и это способствует устойчивости к инфекциям. Изучением этого явления у человека занимались Рафаэль Ше (Национальный музей естественной истории в Париже) и Кэрол Обер (Чикагский университет), которые показали, что на выбор партнера влияет состав генов HLA: то есть, судя по всему, мы неосознанно предпочитаем партнера с отличными от наших генами HLA. Пример такого полового отбора у человека был продемонстрирован в исследовании, проведенном на американцах европейского происхождения, европейцах и гуттеритах – этнорелигиозной общности христиан-анабаптистов, проживающих в основном в Канаде и Соединенных Штатах.

В 2019 году еще одно исследование Рафаэль Ше выполнила на популяциях с большей численностью и различным географическим происхождением. Оно наглядно подтвердило гипотезу, согласно которой гены HLA влияют на выбор партнера, но также показало сильную зависимость этого выбора от социального контекста. Как правило, в человеческих популяциях принято избегать генетически похожих партнеров, но в некоторых популяциях социальные установки, например гомогамия (обычай выбора партнеров внутри той же социальной группы – этнической, религиозной и т. д.), превалируют над биологическими факторами, участвующими в выборе партнера в соответствии с его HLA.

Но даже без учета системы HLA – классического примера стабилизирующего отбора у человека – последние полногеномные исследования показали, что иммунные функции были особенно сильно затронуты именно половым отбором. Это подтверждается на длительных отрезках времени как для многих видов приматов, так и для человека. Например, анализ геномов человека и шимпанзе выявил 125 областей, которые содержат трансвидовые полиморфизмы, демонстрирующие признаки стабилизирующего отбора. Такие области в основном включают в себя гены, задействованные в иммунных функциях (например, ген IGFBP7 и гены мембранных гликопротеинов). Таким образом, скорее всего функциональное разнообразие в соответствующих белках сохранилось из-за влияния инфекций у двух этих видов приматов.

Другие исследования, не столь многочисленные, сосредоточились на стабилизирующем отборе в пределах вида Homo sapiens. Помимо описанного в предыдущей главе знакового случая мутации HbS в регионах, где малярия является распространненным заболеванием, были идентифицированы и другие гены, задействованные в этом механизме отбора. В частности, это иммуноглобулиноподобные рецепторы киллерных клеток, или KIR (от английского killer cell immunoglobulin-like receptors), эволюционирующие вместе с системой HLA, а также гены, кодирующие различные белки, участвующие в миграции клеток, в защите клетки-хозяина или во врожденном иммунитете. Хотя стабилизирующий отбор был и остается редким явлением, по всей видимости он особенно активно проявил себя в случае иммунного ответа и взаимодействия хозяина и патогена, когда сохранение разнообразия оказалось особенно благоприятно для выживания.

Любовь во время малярии

В отличие от стабилизирующего отбора, положительный отбор воздействует на новые мутации – или на существующие нейтральные, – приводя к повышению их распространенности и закреплению в популяциях, живущих в конкретной географической среде. Список генов иммунитета, подчиняющихся данному механизму отбора, все время растет, и участие некоторых из них напрямую зависит от функциональных данных организма или от эпидемиологических данных.

Среди показательных примеров локальной адаптации, связанной с патогенами или с иммунным ответом, фигурируют мутации в генах, выполняющих различные функции, например:

– формирование устойчивости к малярии в Африке и в Азии;

– заражение трипаносомой[96], вызывающей сонную болезнь, в Африке;

– ослабленная воспалительная реакция в Европе и в Африке;

– иммунитет к вирусам, использующий интерфероны III типа, в Европе и в Азии.

Хотя данные случаи положительного отбора можно считать подтвержденными, идентификация специфического патогена или патогенов, из-за которых эти механизмы возникли, остается по-прежнему сложной задачей. До сегодняшнего дня самые убедительные доказательства связи патогенов с отбором предоставляли нам возбудители инфекционных заболеваний, которые в течение долгого времени оказывали воздействие на человеческие популяции. Самым ярким примером служит Plasmodium falciparum – возбудитель малярии: существуют очевидные клинические, эпидемиологические и эволюционные доказательства его влияния на отбор в некоторых генах человека. Один из таких генов кодирует белок бета-глобин; три мутации этого гена приводят к изменению аминокислот (HbS, HbC и HbE) и обеспечивают разные уровни защиты от малярии. Достаточно высокая распространенность этих мутаций в Западной Африке (HbC) и Юго-Восточной Азии (HbE) свидетельствует о влиянии, которое оказала малярия на отбор в этих географических регионах.

Были идентифицированы и другие гены, связанные с защитой от малярии и демонстрирующие признаки положительного отбора в разных популяциях[97]. Сигналы положительного отбора иногда могут быть совсем недавними и локализованными на определенной территории. Например, как в случае гена CD36, который участвует в распознавании красных кровяных телец, зараженных Plasmodium falciparum. Этот ген имеет маркеры положительного отбора, мишенью которого является мутация типа нонсенс (то есть ведущая к образованию нефункционального белка из-за нарушения его синтеза); отбор ограничен популяциями Западной Африки и появляется лишь в последние 3600 лет.

Стоит упомянуть еще об одном гене: он отвечает за недостаток в организме одного из энзимов (G6PD). Такая патология, называемая фавизмом, представляет собой наиболее распространенный тип дефицита фермента генетического происхождения. Фавизм вызывает гемолитическую анемию – разрушение красных кровяных телец. Дефицит энзима G6PD связан с различными мутациями на территориях Средиземноморского бассейна, на Ближнем Востоке, в Африке, в Индии и в Юго-Восточной Азии: его географическое распространение близко к распространению малярии. Несмотря на то что исследования показали определенное сходство между проявлениями дефицита этого фермента и малярией, связи клинического и эволюционного характера пока еще остаются малопонятными.

В 2009 году моя собственная команда в сотрудничестве с командой Анавая Сакунтабхая из Института Пастера изучала дефицит этого фермента в Юго-Восточной Азии. Своим возникновением дефицит обязан мутации, получившей название “Махидол” (что на тайском языке означает «поверхность Земли»), которая, возможно, связана с малярией, вызываемой Plasmodium falciparum и Plasmodium vivax. Результаты наших исследований показали, что мутация Махидол снижает чувствительность к паразиту (число зараженных паразитом индивидов в популяции) P. vivax, но не P. falciparum. Кроме того, встречаемость этой мутации в Таиланде повысилась под влиянием положительного отбора за последние 1500 лет. Этот период соответствует моменту, когда популяция каренов, демонстрирующая самую высокую встречаемость мутации Махидол, покинула Гималаи и направилась на территорию современного Таиланда, где начинала развиваться культура рисоводства. Именно здесь карены стали регулярно подвергаться угрозе заражения Plasmodium vivax, так как в регионе, куда они прибыли, вырубка лесов и возделывание полей способствовали распространению анофелесов (малярийных комаров), являющихся переносчиками малярийных плазмодиев.