Дэвид Райх - Кто мы и как сюда попали [Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом]

И вот, получив возможность посмотреть по-новому на биологию человека сквозь призму полных геномов (вот как мощно продвинулись технологии последних десятилетий!), мы начали реконструировать популяционную историю людей в немыслимых прежде подробностях. В результате открылась картина, совсем не похожая на тот простой сюжет, который читался по митохондриальной ДНК. Не похожа она оказалась и на те выдумки с одной-двумя мутациями, которые якобы обеспечили всесветное распространение узнаваемого современного поведения человека, обозначившее переход к позднему каменному веку в Африке или верхнему палеолиту в Евразии (насколько можно судить по археологии этих территорий).

В 2016 году мы с коллегами адаптировали метод Ли и Дур бина 26 к своей задаче: мы сравнили людей со всего мира с популяцией, в которой осталась наибольшая доля наследия от самой древней линии современных людей, то есть той, которая ответвилась от общего ствола ныне живущих людей раньше всех. Речь идет о бушменах (или, по-другому, сан), популяции охотников-собирателей Южной Африки. Как и во многих других исследованиях на эту тему 27 , мы нашли 28 , что их отделение началось около 200 тысяч лет назад и завершилось более сотни тысяч лет назад. Такой вывод следует из того, что плотность мутаций, отделяющих геномы бушменов от генома представителей любого другого небушмена, единообразно высока. Это означает, что у бушменов с остальным человечеством нашлось совсем немного общих предков в интервале последней сотни тысяч лет. Пожалуй, столь же глубокое отделение от общего ствола хорошо заметно у групп пигмеев, населяющих центральноафриканские леса. Такое размежевание человеческих популяций, по крайней мере некоторых, настолько древнее, что становится трудно принять гипотезу единственной мутации, круто поменявшей человеческое поведение на современное где-то незадолго до позднего каменного века (верхнего палеолита). А раз временные рамки данной ключевой мутации, повлиявшей на поведение, должны попасть в интервал этого перехода, то у одной части человечества эта мутация будет иметь повышенную частоту – как раз там, где мутация появилась, – а у другой части человечества, той, что отделилась раньше, она должна быть редкой. Но при этом все живущие сейчас люди одинаково владеют понятийным языком и совершенствуют свои культуры в своеобычном человеческом ключе.

Второе препятствие, не позволяющее встать на сторону генетического переключателя, выявляется, когда мы пытаемся по методу Ли и Дурбина отыскать в последовательности ДНК такие участки, которые имеют общую для всех предковую форму в интервале непосредственно перед верхним палеолитом или поздним каменным веком. Казалось бы, лучший кандидат на эту роль – ген FOXP2, как мы поняли из предыдущих исследований. Однако мы выяснили, что ранний предковый вариант этого гена, общий для всех ныне живущих людей, существовал более миллиона лет назад 29 .

И то же самое со всеми остальными генами – нам не удалось выявить такого участка последовательности (без учета митохондриальной ДНК и Y-хромосомы), для которого предковый для всех сегодняшних людей вариант существовал бы позже 320 тысяч лет назад. А это время – много раньше, чем требуется по гипотезе Клейна. Если бы Клейн был прав, то нашлись бы места в геноме, для которых общая предковая форма разделилась на ветви в интервале последней сотни тысяч лет. Но по-видимому, таких мест в нашем геноме просто нет.

Наши результаты не вычеркивают полностью гипотезу о точечном ключевом изменении. В геноме имеется небольшая часть с хитрыми фрагментами, которые трудно изучать, и мы их исключили из анализа. Но если бы то самое ключевое изменение существовало, оно бы уже проявилось из любого секретного места. Временной масштаб генетических инноваций человека и популяционной дифференциации гораздо больше, чем можно было предполагать по митохондриальной ДНК и другим, дореволюционным, генетическим данным. Если мы собираемся искать в геноме подсказки для разгадки специфики человеческой природы, то вряд ли дело ограничится одной-двумя прямыми мутациями.

Полногеномный подход, ставший возможным после технологической революции 2000-х, очень быстро привел к пониманию, что нужно расставаться также и с клейновским упрощенным представлением об эволюции человека, – это не просто отбор, работающий с несколькими генами. После опубликования баз данных по полным геномам многие генетики (и я вместе с ними) начали разрабатывать методы поиска мутаций, находящихся под действием отбора 30 . Сначала мы искали то, что попроще, – примеры отдельных мутаций, на которые естественный отбор действовал очень мощно. Такие варианты нашлись: например, мутации, позволившие переваривать коровье молоко во взрослом возрасте, или вызвавшие потемнение либо посветление кожи для адаптации к местному климату, или обеспечивающие устойчивость к малярийным паразитам. И мы, взявшись всем миром, вполне успешно справились с задачей, выявив подобные мутации. Такие мутации, едва появившись, быстро увеличили свою частоту, потому на большой выборке людей удается найти общего недавнего предка с данной мутацией, тогда как у другой части популяций, во всем остальном сходной, этой мутации нет. Подобные события оставляют глубокие метины в картине геномной изменчивости, и их без особого труда можно обнаружить.

Молли Пржеворски и ее коллеги несколько умерили восторг от раскопок этой золотой жилы. Их работа сосредоточилась на вопросе, какие опознавательные знаки может оставить в геноме естественный отбор. И в 2006 году они продемонстрировали, что метод сканирования геномов ныне живущих людей пропускает почти все такие знаки, просто из-за того, что для их обнаружения не хватает статистической мощности данных, и что при сканировании геномов одни типы отбора видны лучше, чем другие 31 . Затем в 2011 году под руководством Пржеворски было выполнено исследование, показавшее, что, по-видимому, лишь небольшая часть эволюции человека включала сильный естественный отбор новых полезных мутаций, прежде не имевшихся в человеческой популяции 32 . Поэтому те красивые примеры, которые легко удалось найти, такие как способность переваривать коровье молоко во взрослом возрасте, – это исключения 33 .

Если отбросить идею об отборе, мощно действовавшем на единичные мутационные изменения и в результате быстро увеличившем их частоту, то какова была доминанта отбора в человеческой популяции? Для ответа на этот вопрос важный ориентир дало изучение человеческого роста. Генетики, занятые в медицине, в 2010 году собрали данные по геномам 180 тысяч человек с измеренным ростом. Они выделили 180 независимых генетических характеристик (вариантов), присущих, как правило, невысоким людям. А это означало, что данные генетические варианты или те, что находятся близко от них в последовательности ДНК, играют первостепенную роль в итоговом снижении роста. В 2012 году исследование было продолжено: в отличие от Северной Европы, в популяции Южной Европы в этих 180 позициях чаще были именно те варианты, что соответствуют невысокому росту, и различия оказались столь очевидны, что объяснить их мог только естественный отбор – после расхождения южных и северных европейцев он либо уменьшил рост на юге, либо увеличил рост на севере 34 . А еще больше об этой истории мы узнали в 2015 году из исследования Иэна Мэтьесона и его коллег, работавших в моей лаборатории с древней ДНК. Мы построили последовательности ДНК 230 древних европейцев на основе образцов их костей и зубов. Анализ этих последовательностей вполне допускал действие естественного отбора на мутации, уменьшавшие рост фермеров, освоивших Южную Европу 8 тысяч лет назад, либо увеличивавшие рост предков североевропейцев, населявших степи Восточной Европы более пяти тысяч лет назад 35 . Если в Южной Европе малорослые люди обладали какими-то преимуществами перед высокими или, напротив, в Северной Европе высокорослые – перед невеличками, то это неизбежно увеличивало число их потомков, а следовательно, частота мутаций неуклонно и однонаправленно менялась, пока в среднем не устанавливались новые значения роста.