Эвелин Эйер - Одиссея генов. Захватывающая история человечества, извлеченная из ДНК

Еще одна южноамериканская группа, происхождение которой окутано тайной, — ботокуды, живущие на востоке Бразилии, в глубине лесов Амазонии. У мужчин и женщин этого племени есть обычай носить диски, вставленные в нижнюю губу или в мочку уха. Генетический анализ выявил удивительную особенность: их ДНК содержит следы полинезийского генома. Не могут ли ботокуды служить живым доказательством того, что и Америка была колонизирована через Полинезию?

Недавно к этой гипотезе вернулись самым неожиданным образом благодаря… батату! На многих островах Полинезии батат — основной продукт питания, хотя он и не происходит из этого региона. До исследования, основанного на гербариях XVIII века из собрания парижского Музея естественной истории, считалось, что батат завезли португальцы. Но исследование показало, что одна из разновидностей батата, найденная в Полинезии, попала туда из Центральной Америки и отличается о тех, что завезли португальцы.

Эта историческая деталь свидетельствует о том, что между Полинезией и Америкой обмены происходили еще до того, как европейцы «открыли» эти два уголка планеты. Чтобы подтвердить реальность таких обменов, следовало бы доказать, что следы полинезийской ДНК в крови ботокудов появились до прибытия португальцев в Америку. Это исключило бы вероятность того, что на земли ботокудов полинезийцев доставили португальские суда.

Как решить эту задачу? Оказывается, существует хитроумный способ определить при помощи ДНК, когда смешались два разных народа. Длина участка ДНК, который мы передаем потомкам, из поколения в поколение уменьшается из-за рекомбинаций (смешиваний хромосом, происходящих при образовании зародышевых клеток — см. врезку «Датировать общего предка с помощью генетических данных»). Таким образом, определив длину участков ДНК полинезийского происхождения в геноме ботокудов, можно приблизительно датировать смешение между американскими индейцами и полинезийцами, которое могло привести к появлению этого народа.

Пока что единственное исследование ДНК ботокудов указывает на даты, включающие период португальской колонизации. Но использованный для этого исследования образец ДНК был слишком мал и не лучшего качества. Сейчас ведутся новые исследования, и тайна вскоре должна быть раскрыта. Так или иначе, от востока Бразилии до Полинезии очень далеко: чтобы туда добраться, пришлось бы обогнуть всю Южную Америку, а это не так-то просто.

Как и другие народы мира, население Южной Америки приспособилось к очень разнообразной окружающей среде. Так, некоторые народы, живущие в Андах, биологически адаптировались к жизни на большой высоте — подобно тибетцам, хотя и немного иначе. Самое удивительное — это адаптация к мышьяку. Этот элемент распространен в Андах: он попадает в подземные воды из вулканических пород. И у местного населения существует мутировавший вариант гена AS3MT в 10-й хромосоме, который позволяет метаболизировать мышьяк, то есть выводить его из организма. Невероятная адаптация, которой уже несколько тысячелетий!

Датировать общего предка с помощью генетических данных

Чтобы узнать, когда жил общий предок двух индивидов, исследователи сравнивают участки ДНК, одинаково расположенные в их геноме. Число различий между этими участками указывает на время, прошедшее с тех пор, когда они представляли собой единое целое. Но что приводит к появлению различий? Очевидно, они бывают вызваны спонтанными мутациями, которые происходят случайным образом, но кроме того, они — результат генетических рекомбинаций, которыми отмечено каждое поколение.

Чтобы понять суть этого феномена, представьте себе наш генофонд в виде библиотеки, где книгами будут наши хромосомы. У любого из нас каждый участок генома двойной, поскольку он получает по «книге» от матери и от отца. Что происходит, когда мы в свою очередь производим половые клетки для размножения? Материнские и отцовские книги перемешиваются: из каждой выпадают страницы, которые в итоге оказываются в другой книге. Эта рекомбинация лежит в основе смешения генов, которое объясняет, каким образом при половом размножении из «старого» создается «новое».

Число рекомбинаций в каждом поколении зависит от биологического вида: например, у человека происходит несколько десятков рекомбинаций. Генетики, изучающие популяции, стараются выявить эти рекомбинации в ДНК популяций, чтобы восстановить их историю. С точки зрения статистики, чем дальше одна от другой две страницы в книге индивида, тем больше шансов, что между ними произойдет рекомбинация, то есть тем выше вероятность, что одна страница будет передана отцом, а другая — матерью. И наоборот: две близкие страницы избегнут рекомбинации и, вероятнее всего, будут переданы вместе. В то же время чем больше поколений проходит, тем вероятнее, что произойдет рекомбинация. В конечном счете у каждого участка ДНК — у каждого набора страниц — своя история, и каждый участок восходит к какому-либо предку. ДНК — своего рода мозаика ушедших предков.

Как именно исследователи проводят анализ? Они сравнивают участок ДНК одного индивида с таким же участком другого, затем ищут сегменты ДНК без рекомбинации. Если такой сегмент длинный, значит, произошло мало рекомбинаций, то есть после общего предка прошло мало поколений: общий предок двух индивидов жил относительно недавно. Если же участок общей ДНК без рекомбинации короткий, то это указывает на древность общего предка.

Эту информацию, основанную на длине участков общей ДНК, дополняют данные о мутациях. Если общий для одного из участков ДНК предок жил давно, то, вероятно, после него на этом участке ДНК накопились мутации. Следовательно, если при сравнении двух участков ДНК обнаруживаются длинные участки без рекомбинации, но с небольшим числом мутаций, то общий предок жил недавно. Если же выявляются небольшие участки ДНК без рекомбинации, но с мутациями, значит, общий предок довольно древний.

Так сравнивают ДНК двух индивидов или даже ДНК одного индивида, полученные им от отца и от матери. (В последнем случае родителей можно рассматривать как двух индивидов, чьи ДНК сравниваются.) На основе полного генома индивида датируют предка каждой части его генома. У каждой части генома двух индивидов есть общий предок, которого называют ближайшим общим предком, или MRCA (most recent common ancestor) .

Очень важная для восстановления истории информация: если для многих участков генома общий предок относится к одному и тому же периоду, значит, в то время население было малочисленным. Чтобы это понять, представьте себе деревню: если вы наугад выберете там двух человек, они окажутся родственниками (имеющими недавнего общего предка) с большей вероятностью, чем если бы вы выбрали наугад двух индивидов в большом городе (даже без учета миграции). Таким образом, в небольшой популяции вероятность обнаружить недавнего общего предка выше.