Александр Соколов - Странная обезьяна [Куда делась шерсть и почему люди разного цвета]

Повторю: вариант шимпанзе отличается от «корневого» человеческого десятью значимыми мутациями. А сейчас в Африке любые мутации в MC1R отсеиваются стабилизирующим отбором. Получается, что когда-то этот отбор был слабым, а затем почему-то стал сильным. Если африканское солнце играет роль сурового фактора отбора сейчас, почему это не происходило раньше? Американские антропологи Алан Роджерс, Дэвид Илтис и Стивен Вудинг предложили простое объяснение: раньше кожа наших предков была покрыта шерстью! {13} Волосы защищали кожу от вредного ультрафиолета, поэтому ее цвет был не столь важен, вот и накапливались мутации. Кстати, у современных обезьян, у тех же шимпанзе, кожа под шерстью может быть очень разной — на выживание животного это не влияет.

Ситуация изменилась, когда древние гоминины лишились волосяного покрова. Коже пришлось быстро почернеть, и с тех пор у африканцев она не менялась.

Посмотрите: мы связали вместе первую и вторую части книги. Кожа у людей потемнела, когда у них исчезла шерсть. Еще немного хитрости — и можно прикинуть, когда примерно это могло произойти. Исследователи рассуждали так: когда-то под действием естественного отбора самый «черный» аллель гена MC1R распространился в популяции до полной фиксации, т. е. разнообразие упало до нуля (на самом деле это не всегда так, но в данном случае вероятность велика, так как ген маленький). Но сейчас в африканской популяции все же есть несколько вариантов гена, отличающихся синонимичными заменами. Мы можем воспользоваться методом молекулярных часов, поскольку речь идет о нейтральных мутациях, которые происходят с постоянной скоростью. Ее можно вычислить, зная отличия между геномами MC1R человека и шимпанзе и время, отделяющее нас от последнего общего предка. Конечно, неизвестно, сколько раз разнообразие падало до нуля, поэтому реальное время может быть больше расчетного.

Исследователи подсчитали, что для накопления существующего разнообразия понадобилось бы от 560 000 до 1,2 млн лет. Более вероятна верхняя оценка, так как 560 000 выходило в случае бесконечного размера популяции. Итак: 1,2 млн лет назад (или раньше) наши предки уже утратили шерсть и потемнели.

Считали исходя из того, что общий предок человека и шимпанзе жил 5 млн лет назад. Сейчас эту цифру сдвинули на пару миллионов лет в прошлое, и некоторые другие допущения, сделанные в статье 2004 года, наверняка поменялись.

Что касается евразийского разнообразия, Роджерс и его коллеги считали, что дело не в ослаблении отбора, а в смене его направления: в условиях недостатка ультрафиолета выгодными оказались любые мутации, снижающие синтез пигмента. Авторы сравнили разнообразие MC1R и двух других участков ДНК, находящихся за пределами известных генов, и показали, что поведение исследуемого гена не согласуется с правилами нейтральной эволюции [60].

Кстати, анализ азиатских геномов дал неожиданный результат: у китайцев, японцев, вьетнамцев и прочих восточных азиатов с высокой частотой (70 %) встречается вариант гена MC1R Arg163Gln ! {14} Для сравнения: среди европейцев Австралии только около 5 % обладали этим вариантом MC1R , а у африканцев он вообще отсутствовал. Зато он же нашелся, причем в гомозиготном виде, у пяти американских индейцев, участвовавших в исследовании, что намекает на близкое родство восточных азиатов и аборигенов Америки. Тут есть и другой прозрачный намек: у людей за пределами Африки кожа светлела не один раз, а как минимум дважды, у азиатов — отдельно от европейцев.Позже были получены другие убедительные подтверждения этой гипотезы.

Данные накапливались стремительно. В работах начала 2000-х годов оперировали сотнями генетических образцов. К настоящему времени счет пошел на десятки тысяч. В очередном исследовании 2018 года задействовано 59 000 человек со всей Евразии. Помимо прочего, ученые оценивали распространенность пяти вариантов MC1R , связанных со светлой кожей, и результат получился примерно тот же: одни аллели распространены в Европе и редки за ее пределами, а у других частота, наоборот, максимальна в Восточной Азии {15} .

Надо добавить: позже выяснилось, что однообразие MC1R в Африке с лихвой компенсировалось чрезвычайной вариативностью других генов пигментации, о чем разговор впереди. Кроме того, число африканских вариантов MC1R оказалось все же чуть выше, чем предполагали: у жителей Южной Африки (негроидов и сан), исследованных в 2003 году, нашли 11 мутаций MC1R , причем 3 несинонимичные, отличные от евразийских. Но обратите внимание: это юг Черного континента, где уровень ультрафиолета ниже, чем у экватора {16} .

Попрощаемся пока что с меланокортиновым рецептором 1-го типа. Другие замечательные гены ждут, когда мы познакомимся с ними.

Наш новый герой заинтересовал ученых благодаря маленькой рыбке данио-рерио (известной также как zebrafish , рыба-зебра). Это серебристое существо с продольными полосками — популярный объект исследований биологов, ее неоднократно генетически модифицировали и даже отправляли в космос. А трансгенная флуоресцирующая, т. е. светящаяся в ультрафиолете, рыбка оказалась первым домашним ГМО-животным, продающимся под брендом GloFish {17} .

Одна из мутантных форм данио-рерио, получившая название golden, отличается более светлой окраской, слабо выраженными полосками и бледными глазами. Пигментные клетки рыбки «гольден» — меланофоры — маленькие, неправильной формы и содержат меньше меланина, чем у обычных, диких особей. Точно таким же образом меланоциты светлокожего человека отличаются от меланоцитов африканца.

Как и в случае с MC1R , сходство биологических процессов у таких, казалось бы, разных существ, как рыбка и человек, побудило людей искать общую генетическую основу. Изучив более 1000 мутантных эмбрионов рыбки, генетики обнаружили связь специфической окраски с мутацией на хромосоме 18, в гене slc24a5 , члене семейства генов, отвечающих за натриево-кальциевый обмен (SLC 24 — solute carrier 24, транспортеры растворимых веществ 24). Кальций необходим для синтеза меланина, и продукт работы гена, находящийся на клеточной мембране, регулирует этот процесс.

То, что мутации в данном гене связаны с типом пигментации «гольден», показал эксперимент: когда мутантным эмбрионам делали инъекцию нормального, дикого гена slc24a5 , цвет рыбок частично восстанавливался.

Рыбка нам пусть дальняя, но родня: у человека нашелся похожий ген SLC24A5 (аминокислотная последовательность совпала на 69 %). Здорово, что, когда рыбке ввели человеческий вариант гена SLC24A5 , тот заработал [61]— следовательно, функция гена сохранилась, он также влияет на пигментацию у нас, как и у наших маленьких чешуйчатых родичей. Позже на культуре человеческих меланоцитов было показано, что если ген SLC24A5 выключить, синтез меланина нарушается {18} . Затем оказалось, что у 98 % европейцев один вариант этого гена ( Ala111Thr , в 111-й позиции стоит аминокислота треонин), а у более 93 % афроамериканцев, индейцев и восточных азиатов — другой, предковый (в 111-й позиции аланин). Когда ученые проанализировали две смешанные популяции, афроамериканскую и афрокарибскую, сомнения отпали: вариант SLC24A5 влиял на цвет кожи, меняя меланиновый индекс на 7–12 единиц. Много это или мало? Для сравнения: разница между европейцами и африканцами составляет около 30 меланиновых единиц {19} . К этому моменту генетики уже описали несколько генов, связанных с пигментацией, но только для одного из них ( ASIP , агути-сигнальный белок) удалось оценить вклад, и он не превышал четырех меланиновых единиц. Новый ген посерьезней будет! Однако восточные азиаты, несмотря на светлую кожу, оказались носителями предкового, «африканского» варианта SLC24A5 , что усложняло картину. Похоже, наш ген осветлял только европейцев.