Луис Кинтана-Мурси – Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов (страница 9)

Здесь я хотел бы отдельно отметить один очень важный проект, который родился во Франции, в Фонде Жана Доссе – Центре изучения полиморфизма человека[42], и произвел переворот в своей области: это проект «HGDP», от английского «Human Genome Diversity Project» («Проект разнообразия генома человека»). Проект был начат Жаном Доссе – врачом и гениальным иммунологом, получившим в 1980 году Нобелевскую премию за свое открытие в 1958 году главного комплекса гистосовместимости, который теперь используется для определения совместимости при пересадке органов. Именно при поддержке Жана Доссе американский педиатр и член этого Фонда Говард Канн в сотрудничестве с Лукой Кавалли-Сфорца из Стэнфордского университета начали панельное[43] исследование более 1000 иммортализованных[44] клеточных линий, полученных из образцов 54 различных популяций людей. В центре внимания было географическое распространение популяций, их принадлежность к определенной языковой группе и культурные особенности. За последние двадцать пять лет Фонд Жана Доссе – Центр изучения полиморфизма человека, недооцененный на национальном уровне, приобрел признание во всем мире. В этих панельных исследованиях использовались данные о различных народах, что позволило вывести анализ генетического разнообразия людей на новый уровень.

Различные международные исследования в области геномики позволили нам лучше понять демографическую историю людей: каким образом наши предки смешивались с другими видами людей – такими, как неандертальцы или денисовцы, и как именно влиял естественный отбор на наш геном. Кроме того, эти работы предоставили нам бесценные сведения для понимания связи болезней с отдельными мутациями у пациентов и генетических основ варьирующихся морфологических и физиологических характеристик человека – таких, как рост или склонность к диабету второго типа. Что же мы узнали о различиях и сходствах между человеческими популяциями?

Благодаря работам в рамках этих проектов мы теперь знаем, что в истории человечества происходили резкие сокращения популяции (эффект бутылочного горлышка), но вместе с тем наблюдался и значительный рост населения. Мы можем утверждать, что подавляющее большинство генетических вариантов, наблюдаемых в человеческих популяциях, являются редкими. Распространенными считаются варианты, встречающиеся с частотой более 5 %. Варианты с низкой распространенностью составляют 1–5 %, а редкие – менее чем 1 %. Наконец, существуют крайне редкие варианты: они встречаются менее чем у 0,01 % членов полуляции или даже описаны у единственного индивида (называемого «singleton»). Несмотря на то что большинство вариантов на уровне популяций относят к крайне редким, на уровне индивида бо́льшая часть выявленных вариантов являются частыми (более 95 %). Это объясняется тем, что значительная часть генетических вариантов, которые отличают отдельных людей, возникла из-за древних мутаций, произошедших на заре истории человечества. В те времена эффективный размер популяции людей был мал – и теперь эти мутации присутствуют, хоть и с меняющейся частотой, в большинстве человеческих популяций.

Сейчас нам также известно, что большинство генетических вариантов человека относятся к различиям внутри одной популяции, а не между разными популяциями. К такому заключению пришел в 1972 году Ричард Левонтин[45], использовав небольшое количество классических маркеров. Это наблюдение, имевшее первостепенное значение для опровержения биологических основ расизма, уверенно подтвердили более поздние исследования, которые рассмотрели множество человеческих популяций и использовали геномные данные – целые геномы. Вне зависимости от типа полиморфизмов и числа изученных популяций в среднем 85 % генетической изменчивости наблюдается в пределах одной популяции, и только 15 % характеризуют различия между популяциями.

Одно из недавних исследований, опубликованное в марте 2020 года в журнале Science[46], анализирует результаты высокоточного секвенирования геномов из выборки, использовавшейся в панельных исследованиях в рамках проекта «HGDP», о котором говорилось выше. Авторы смогли идентифицировать почти 70 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), около 9 миллионов инсерций и делеций и около 40 000 вариаций числа копий (CNV). И снова большая генетическая изменчивость наблюдалась преимущественно в пределах популяций человека, тогда как между популяциями различия были крайне малы, скорее напоминая шаг между соседними делениями на шкале генетического разнообразия… В таком случае, почему разные человеческие популяции имеют совсем небольшое генетическое разнообразие несмотря на широкое географическое распространение, тогда как прочие виды – такие, как серый волк (Canis lupus) из Евразии или газель Гранта (Nanger granti) из Восточной Африки с меньшими ареалами, тем не менее, имеют гораздо более высокие коэффициенты генетического разнообразия между популяциями? Причиной опять-таки является сравнительная молодость нашего вида, особенности его скрещивания и тот факт, что эволюционное развитие человека не происходило в полностью изолированных группах. К тому же не известно ни одной мутации «частного характера» – такой, которая была бы присуща исключительно жителям одного континента или конкретного региона Земли и при этом отмечалась у 100 % соответствующего населения, но не в других популяциях. Это подтверждает идею, что даже если возможно провести различие между человеческими популяциями на генетической основе, то между группами людей не существует резких и явных отличий.

Революция палеогеномики

Возможность секвенировать ДНК ископаемых останков – это недавнее революционное достижение геномики – полностью перевернула наше представление о происхождении Homo sapiens. Мы узнали о скрещивании наших предков с ныне исчезнувшими древними людьми, а также о том, каким образом происходило расселение людей по планете. Эра палеогеномики – пусть в то время ее еще не обозначали этим термином – наступила в 1984 году, когда была опубликована последовательность участка митохондриальной ДНК, извлеченной из останков квагги, или степной зебры[47], – подвида южноафриканской зебры, вымершего в конце XIX века. Тем не менее, только в 2010-е годы наступил золотой век изучения древней ДНК, то есть появилась палеогеномика как наука.

Высокопроизводительное секвенирование не только произвело революцию в популяционной генетике, оно также превратило основную проблему древней ДНК – ее фрагментацию на небольшие участки (в среднем от 30 до 80 нуклеотидов) – в преимущество, так как при высокопроизводительном секвенировании ДНК в любом случае сначала разделяют на небольшие участки, которые затем секвенируют. Прогрессивные технологии и новые методы анализа позволяют неплохо справляться и с другими трудностями при изучении древней ДНК. Одна из них связана с тем, что эндогенная ДНК – то есть принадлежащая образцу, который нужно исследовать, – содержится в очень малом количестве из-за ее деградации post mortem[48] и повреждений, вызванных временем. Современные методы увеличения количества эндогенной ДНК позволяют отчасти решить эту проблему. Помогает и развитие новых инструментов биоинформатики. Для ископаемых останков характерна высокая степень «экзогенной» ДНК: попавшей из окружающей среды (от грибов, бактерий и т. д.) или ДНК современного человека, которая могла быть занесена во время археологических раскопок или же непосредственно в лаборатории. Чтобы выявить и устранить последовательности, не относящиеся к эндогенной ДНК, применяются недавно созданные методы биоинформатики: они используют характеристики древней ДНК, например, большое число мутаций, при которых C превращается в T, возникающих при post mortem разложении.

Стремительное технологическое развитие позволило получить результаты, которые еще несколько лет назад могли встречаться только в научной фантастике. Так, в 2008 году мы оказались изумленными свидетелями первого в истории секвенирования генома мамонта. Это грандиозное событие стало реальностью благодаря извлечению древней ДНК из фрагментов шерсти мамонта, целых 40 000 лет пролежавших в вечной мерзлоте Сибири. А в 2010 году родилась палеогеномика человека: команда Эске Виллерслева из Дании опубликовала последовательность генома первобытного человека – палеоэскимоса, предположительно обитавшего на территории Гренландии около 4000 лет назад. Помимо блестящих достижений в секвенировании генома современного человека (человека современного типа), жившего в доисторическую эпоху[49], включая удаление «загрязнений» – ДНК самих экспериментаторов, людей не менее современных, это исследование позволило описать миграцию из Сибири в сторону Нового Света, происходившую около 5 500 лет назад и не связанную с миграцией, благодаря которой появились современные американские индейцы и эскимосы.

Работа команды Эске Виллерслева открыла дорогу дальнейшим исследованиям; были секвенированы сотни геномов первобытных людей. Останки имеют возраст от нескольких тысяч до 45 000 лет. Эти геномы могли принадлежать, например, индивидам, жившим в эпоху позднего палеолита, или доисторическим американским индейцам, охотникам-собирателям из мезолита[50] и неолита[51], первым земледельцам неолита и так далее, вплоть до жителей Евразии железного века и более поздних эпох.