Брайан Сайкс - Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы

Уровень возникновения мутаций в ядерных хромосомах чрезвычайно низок — грубо говоря, в норме при каждом делении клетки мутирует одно азотистое основание из тысячи миллионов. В митохондриях же контроль за ошибоками не настолько отлажен, поэтому мутации возникают примерно раз в двадцать чаще. Это означает, что в митохондриальной ДНК можно обнаружить существенно больше изменений, чем в отрезке ядерной ДНК той же длины. Другими словами, «молекулярные часы», с помощью которых мы, посредством мутаций в ДНК, можем определять время, в митохондриях тикают намного быстрее по сравнению с ядром. Это делает митохондрии даже более привлекательными в качестве инструмента для исследования эволюции человека. Если уровень мутаций был бы чересчур низким, то у подавляющего большинства людей на Земле митохондриальная ДНК была бы совершенно одинаковой, и из-за малого числа изменений было бы практически невозможно заметить происходящее со временем развитие.

А нас ждала и еще одна награда. Мутации, конечно, обнаруживаются по всей окружности митохондриальной ДНК, и Аллан Уилсон со своими студентами в «Митохондриальной ДНК и эволюции человека» изучали ее целиком. Однако имеется коротенький отрезок ДНК, где мутации особенно часты. Этот участок, длиной около пятисот оснований, назвали контрольным регионом. Ему удалось накапливать особенно большое количество мутаций благодаря тому, что, в отличие от остальной части митохондриальной ДНК, он не несет каких-то конкретных кодов. Если бы они там были, тогда повышенное количество мутаций могло повлиять на функционирование митохондриальных ферментов. Такое порой случается, если мутации поражают другие участки митохондриальной ДНК, вне контрольного региона. Некоторые редкие неврологические заболевания развиваются как раз оттого, что мутации этих генов выводят из строя важные части митохондриального механизма. Такие митохондрии из-за того, что слишком сильно повреждены, редко выживают, а следовательно, следующим поколениям они передаются лишь в исключительных случаях. Поэтому такие мутации постепенно сглаживаются и, наконец, исчезают вовсе. С другой стороны, мутации контрольного региона не исчезают именно потому, что зона не имеет никаких специфических функций. Эти мутации нейтральны. Создается впечатление, что, хотя для того, чтобы митохондрия могла правильно разделиться, этот участок ДНК должен находиться на своем месте, его собственная точная последовательность при этом большой роли не играет.

Таким образом, для нашего исследования эта ситуация просто идеальна: короткий отрезок ДНК, до отказа набитый нейтральными мутациями. Конечно, куда быстрее и дешевле считывать последовательность этого участка, всего пятьсот оснований, чем последовательность всей митохондриальной ДНК, в которой оснований, как вы помните, шестнадцать тысяч. Но окажется ли контрольный регион стабильным настолько, чтобы можно было опираться на нее в эволюционных исследованиях? Что, если контрольный регион мутирует себе напропалую в каждом поколении, да еще и с непомерно высокой частотой? В этом случае было бы практически невозможно отследить хоть какие-то закономерности на больших отрезках времени. Нам уже было понятно из работы Аллана Уилсона, что если мы хотим с помощью митохондриальной ДНК копнуть поглубже генетическую историю своего вида, Homo sapiens, то придется углубиться как минимум на 150 тысяч лет человеческой эволюции — примерно шесть тысяч поколений, считая по 25 лет на поколение. Если мутации в контрольном регионе окажутся слишком беспорядочными или бурными, будет очень трудно, чтобы не сказать невозможно, различить важные сигналы и выделить их среди всех случайных изменений на протяжении нескольких поколений. Нам необходимо было найти способ удостовериться в том, что это не так, прежде чем замахиваться на масштабное и требующее колоссальных денежных и временных затрат исследование. Каким образом проверить это и получить убедительные подтверждения?

В идеале мне хотелось найти побольше людей из числа ныне живущих, для которых удалось бы доказать связь по материнской линии от одной-единственной женщины. Когда я занимался исследованиями в области медицинской генетики, изучая наследственное заболевание костей, то мне приходилось иметь дело с большими семьями; теперь я извлек из архивов списки, в которые вносил когда-то многочисленных родственников и предков.

Списки уходили вглубь на много поколений, однако, к моему разочарованию, в них было до обидного мало непрерывных материнских линий, которые связывали бы живых членов семейств. Конечно, можно было обратиться за помощью к семьям, чтобы выйти на других, не вошедших в мои таблицы родственников; правда, это была бы слишком долгая история. И все же казалось, что другого выхода не существует, так что я со вздохом принялся выписывать адреса и фамилии. В тот вечер, по пути домой, я пытался придумать, как еще можно выйти из положения, и тут меня осенило — то есть я испытал то редкое состояние, когда из дальних закоулков разума всплывает нечто, какая-то невнятная мысль, и в считанные доли секунды человек понимает, что нашел решение проблемы, еще даже не успев сообразить, в чем же именно оно состоит. В данном случае я внезапно вспомнил о золотистом хомячке.

Когда я был маленьким мальчиком, то прочитал в детской энциклопедии, что все золотистые хомячки — зверьки, которых держат в качестве домашних питомцев по всему миру, что все они являются потомками одной-единственной самки. Я могу с уверенностью сказать, что не вспоминал о прочитанном в течение десятилетий. И лишь теперь это всплыло в моей памяти. Я отчетливо помню, как подумал, что это не может быть правдой. А что, если все же правда? Тогда это идеальная модель для проверки стабильности контрольного региона. Если все золотистые хомячки мира представляют собой прямую линию потомков по материнской линии от этой «праматери всех хомячков». Следовательно, все они должны были унаследовать от нее митохондриальную ДНК, ведь у хомячков она передается по материнской линии, точно так же, как и у людей. Оставалось только собрать образцы ДНК у как можно большего количества живых хомячков и сравнить последовательность азотистых оснований в контрольном регионе. И если и вправду все началось с одной самки, то не нужно было кропотливо отслеживать родословные — ведь они в любом случае привели бы к ней. А в том случае, если контрольный регион стабилен настолько, чтобы удовлетворять условиям наших исследований, его последовательность должна оказаться одинаковой или почти одинаковой у всех живущих на свете хомячков.

Я попросил Криса Томкинса, студента, который летом 1990 года как раз работал у нас в лаборатории над дипломным проектом по генетике, подобрать все возможные материалы по золотистому хомячку. Первое сделанное им открытие касалось названия — оказалось, что правильнее называть золотистого хомячка сирийским. После этого Крис отправился в Оксфордскую публичную библиотеку и вернулся оттуда с добрыми вестями: он обнаружил существование Национального совета Великобритании по сирийскому хомячку. Звонок секретарю, и на другой день мы уже ехали по полученному адресу в Илинг, что в западной части Лондона. Нас ждал радушный прием, секретарь Британского клуба по сирийским хомячкам Рой Робинсон (ныне, к сожалению, покойный) встретил нас весьма дружелюбно и приветливо.