Луис Кинтана-Мурси – Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов (страница 36)

Гибридизация: ускоритель адаптации и фактор выживания?

Итак, мы установили, что гибридизации наглядно иллюстрируются генетическими данными. Вернемся теперь к интересующему нас вопросу, взглянув на него с позиций Добржанского – согласно фразе, начинавшей эту главу, а именно: каков смысл скрещиваний «в свете эволюции»? Могут ли скрещивания быть фактором адаптации человека к окружающей среде и в какой мере? Другими словами, могут ли они стать источником генетических вариантов, дающих больше шансов на выживание в определенных условиях среды? Адаптация – это процесс, благодаря которому популяция приобретает характеристики, позволяющие ей эффективнее реагировать на изменения окружающей среды. Это стандартный результат естественного отбора: в принципе отбор может удерживать и распространять любую новую благоприятную мутацию. Тем не менее, теоретически популяционная генетика предполагает, что популяция равным образом может приобретать адаптивные варианты благодаря генетическому обмену – то есть благодаря скрещиванию с другими популяциями или близкородственными видами, которые уже адаптировались к этой среде. Таким образом, дети, появившиеся в результате этих гибридизаций, получают преимущество благодаря приобретению адаптивных генетических элементов: потрясающая экономия времени по сравнению с эволюцией!

У растений или других животных, согласно многочисленным эмпирическим наблюдениям, существует передача мутаций и адаптивных признаков посредством гибридизации с родственными видами: такое явление называется адаптивной интрогрессией. Например, ряд областей генома резуховидки[107] песчаной (Arabidopsis arenosa) – растения, во Франции встречающегося в основном на северо-востоке страны, – демонстрируют сигналы адаптации к серпентиновым почвам, считающимся бедными. Эти области генома возникли в ходе интрогрессии с другим видом – резуховидкой лировидной (Arabidopsis lyrata). Известны и другие примеры адаптивной интрогрессии: у различных видов бабочек геликонид (Heliconius sp.), получивших цвет своих крыльев от других симпатрических видов; у домовой мыши (Mus musculus domesticus), которая приобрела устойчивость к ратицидам (препаратам для борьбы с грызунами) – особенно к варфарину – благодаря интрогрессии с алжирской мышью (Mus spretus); или у комара Anopheles coluzzii, чья устойчивость к инсектицидам объясняется гибридизацией с другим комаром Anopheles gambiae – кстати, оба этих вида являются переносчиками малярии.

В отношении вида людей мы только недавно начали изучать роль гибридизации в адаптации к окружающей среде. Она может происходить между различными популяциями людей, и тогда говорят об адаптивном скрещивании, или между людьми современного типа и древними людьми, тогда речь идет об адаптивной интрогрессии (этот процесс мы рассмотрим далее). Множественные эпизоды скрещивания, которыми отмечена, как мы уже видели, история африканского континента, превратили нынешние африканские популяции в геномные пазлы, сложенные из наследия многих предков. Именно в Африке были впервые идентифицированы явления адаптивного скрещивания у человека. В 2012 году генетическое исследование, проведенное командой Криса Тайлер-Смита на различных эфиопских популяциях, говорящих на семитских и кушитских языках, показало, что эти популяции являются результатом произошедшего около 3000 лет назад совмещения двух генетических составляющих: африканской, с территорий к югу от Сахары, и неафриканской, из земель Леванта. При этом миграции, пришедшие из Леванта, внесли в гены эфиопских популяций мутацию, связанную с более светлой пигментацией кожи: ее распространенность в этих популяциях оказалась выше ожидаемого. Это свидетельствует о воздействии адаптивной гибридизации, ставшей, по всей вероятности, результатом влияния таких социальных факторов, как половой отбор.

После этого первого исследования появились и другие, также подтверждающие адаптивную роль скрещивания у человека. Примером могут послужить работы Этьена Патэна, посвященные истории популяций банту из Африки. Мы уже видели, что народы – носители языков банту, изначально охотники-собиратели, жившие на территории между современными Камеруном и Нигерией, постепенно расширили свой ареал обитания. За несколько тысяч лет скитаний, начавшихся около 4000 лет назад, они распространились по всей Африке к югу от Сахары, где им пришлось столкнуться с самыми разными экологическими условиями: экваториальным лесом, саванной, пустыней и т. д. Как же эти народы смогли адаптироваться к таким разным условиям окружающей среды? Исследование Этьена Патэна, опубликованное в журнале Science в 2017 году, показало, что, скрещиваясь с местными популяциями, народы – носители языков банту приобрели благоприятные генетические мутации, облегчившие адаптацию к новым местам проживания. Так, добравшись до Восточной Африки, популяции банту унаследовали от местных скотоводов вариацию, связанную с геном лактазы, которая позволяет переваривать молоко и во взрослом возрасте. Есть еще один важный момент, отмеченный в этом исследовании: благодаря скрещиванию с пигмеями в Центральной Африке популяции банту изменили свою систему HLA, что способствовало формированию лучшего иммунного ответа.

Банту – не единственные, кто выиграл от этих встреч: исследования мутации HbS гена бета-глобина показывают, что гибридизации были благотворны и для пигмеев. Эта мутация наблюдается почти исключительно в Африке, она присутствует примерно у 20 % представителей некоторых популяций Центральной Африки. Как мы уже видели, эта мутация в гомозиготном состоянии вызывает дрепаноцитоз, но в гетерозиготном состоянии повышает защищенность организма от малярии. В отсутствие малярии эта мутация должна исчезать где-то через двенадцать поколений. От этого факта мы и отталкивались в своих рассуждениях: датировка мутации должна предоставить нам информацию о периоде, начиная с которого малярия стала настоящим бичом для африканских популяций. Нам удалось показать, что она появилась у предков африканских земледельцев более 20 000 лет назад: это позволяет предположить, что популяции предков подвергались воздействию малярии гораздо раньше, чем считалось прежде.

Мутацию HbS охотники-собиратели пигмеи приобрели благодаря скрещиванию с народами банту, очевидно, намного позже: около 6000 лет назад. Таким образом, прибытие земледельческих народов в лесистые местности и последующее уничтожение лесов – то есть искусственное изменение окружающей среды, – происходившее в последние 4000–5000 лет, создали благодатную почву для передачи малярии популяциям пигмеев. Следуя модели «яд – противоядие», банту должны были одновременно принести популяциям пигмеев новый «яд» – малярию, и «противоядие» – защитную мутацию HbS: и все это благодаря адаптивному скрещиванию.

Также стоит упоминания случай народа фульбе, или фулани. Это народ скотоводов, обосновавшийся на территории Сахеля, от Атлантического побережья до Красного моря. Генетическое исследование гамбийских фульбе показало, что они сформировались в результате скрещивания между жителями Евразии и коренными жителями Западной Африки, случившегося около 1800 лет назад. С тех пор фульбе сохранили высокий уровень евразийского материала в гене LCT: он содержит аллель, способствующий усвоению молока взрослыми людьми; а также высокий уровень африканского материала в гене DARC: его аллель, названный Duffy-nul, обеспечивает устойчивость к форме малярии, вызываемой паразитом Plasmodium vivax. Благоприятная природа аллеля Duffy-nul подтверждается тем, что мы встречаемся с ним также в Пакистане и на Мадагаскаре, где малярия, вызванная P. vivax, является эндемическим заболеванием – здесь аллель Duffy-nul имеется у некоторых гибридных популяций, демонстрирующих высокий уровень африканского наследия.

Важная роль адаптивного скрещивания в формировании иммунитета подтверждается также рядом исследований, проведенных на системе HLA – поскольку некоторые генетические варианты, имеющие первостепенное значение при изменениях иммунного ответа, связанных с гибридизацией, стали объектом отбора лишь несколько сотен лет спустя после скрещивания. Мы наблюдаем, к примеру, что в некоторых популяциях Мексики, Пуэрто-Рико или Колумбии африканского генетического материала в системе HLA больше, чем ожидалось исходя из теоретических соображений. Таким образом, мы видим тенденцию сохранения гаплотипов HLA африканского происхождения у смешанных популяций – возможно, вызванную тем, что эти гаплотипы оказались благоприятными для адаптации популяций к патогенам, встретившимся им в Новом Свете. В этом контексте два недавних исследования описывают связь между африканским наследием и защищенностью от тяжелого течения лихорадки денге[108] в смешанных популяциях на Кубе и в Колумбии. Ведь если в старом генетическом горшке получается самый «вкусный адаптивный суп», то такой горшок стоит сохранить…

Эти исследования предоставили нам доказательства, что адаптация организма к патогенам – возбудителям инфекционных заболеваний – может ускориться благодаря скрещиванию между различными популяциями людей, пусть даже в настоящий момент наши наблюдения ограничиваются лишь рядом примеров популяций африканского происхождения. Систематическое выявление геномных сигнатур адаптивного скрещивания между человеческими популяциями достоверно подтверждает важную роль этого процесса на примере эволюции иммунитета. Таким образом мы получаем ценные данные о риске инфекционных заболеваний.