Генетическая одиссея человека - Спенсер Уэллс

Обычай сочетаться браком по месту жительства приводит к тому, что люди, живущие в одном и том же месте, со временем становятся все более похожими друг на друга и все более отличающимися от жителей окрестностей. Если бы вы встретили своего троюродного кузена или кузину, распознали бы вы в этом человеке родственника? А если бы не распознали, понравились друг другу и родили ребенка, что было бы? Тогда ваши сын или дочь имели бы родителей, чьи геномы имели бы часть общих генов. И генетика совершенно справедливо объявила бы, что у вашего потомка чуть меньше двух родителей, она имела бы в виду двух несвязанных или неродственных родителей… Это означает, что множитель в нашем расчете количества предков был бы меньше двух, и это дает нам разгадку нашей математической загадки. Поскольку исторически сложилось так, что чаще всего люди выбирали себе супругов среди соседей, они неизбежно коротали свой век с родственниками, хотя и дальними. В результате люди, живущие в одном и том же регионе, достаточно похожи друг на друга.

И конечно, в некоторых регионах степень родства между людьми достаточно высока, так как браки с двоюродными братьями и сестрами довольно распространены. Но даже если степень родства невысока, со временем небольшая степень инбридинга, имевшая место во всех традиционных обществах, приводит к частоте полиморфизмов, характерной именно для данного региона. Таким образом, подобно тому, как по уникальному характеру ваших полиморфизмов можно установить ваших родителей, так и целые народы несут генетический сигнал о своем географическом происхождении. Эти сигналы, которые мы, как популяционные генетики, изучаем, являются отражением не только видового единства наших общих предков, генетических Адама и Евы, но и признаком «региональных общностей», из которых, подобно лоскутному одеялу, состоит современное человечество. Как мы увидели из результатов исследований Дика Левонтина, эти сигналы довольно слабы, но они есть. Весь фокус в том, чтобы найти полиморфизмы, которые объединяют нас в региональные группы, а для этого нам нужно провести немного больше времени в лаборатории.

Поняв, что дивергирующие молекулы могут служить эволюционными часами, позволяющими взглянуть в прошлое и увидеть нашего общего предка, Цукеркандль и Полинг дали нам ключ к разгадке данных о митохондриальной ДНК и помогли сделать выводы относительно Евы. А поскольку Y-хромосома тоже свободна от рекомбинации, это же относится и к ней. Следуя путем, заданным полиморфизмами Y-хромосомы, мы можем легко и быстро добраться и до Адама, и все, что для этого нам нужно — полиморфизмы. И здесь Y-хромосома имеет козырь, потому что до недавнего времени казалось, что полиморфизмов у нее не так уж много.

В 1994 году Роб Дорит, Хироси Акаси и Уолтер Гилберт (тот самый человек, который в 1970-х годах создал метод секвенирования ДНК) в престижном научном журнале Science опубликовали необычную статью. Странность состояла не в том, что они обнаружили, а в том, чего не нашли. Статья под названием «Отсутствие полиморфизма в локусе ZFY человеческой Y-хромосомы» описывала результаты проведенного в рамках целенаправленного поиска полиморфизмов на конкретном участке Y-хромосомы тридцати восьми мужчин из разных стран мира. Хотя несколько полиморфизмов Y-хромосомы и было установлено — впервые их открыли Мириам Касанова и Жерар Люкотт в 1985 году независимо друг от друга, — их было гораздо меньше, чем в любой другой хромосоме. Удивительным результатом исследования Дорит и его коллег было то, что в изученном участке Y-хромосом не было найдено никаких различий. Не было обнаружено ни одного изменения в последовательности ДНК, что подразумевает, будто все мужчины произошли от общего предка совсем недавно. Но поскольку не было обнаружено изменений, нельзя было и сказать, когда именно он жил. Было похоже на то, что все эти мужчины имели одного отца — этакого Казанову, который сеял свое семя по всему миру. Однако из-за относительно небольшого размера изученного фрагмента ДНК — около 700 нуклеотидов — и небольшого числа исследованных мужчин, была вероятность, что ученым просто не повезло, и они выбрали участок ДНК, в котором эти конкретные Y-хромосомы не менялись. По этой причине оценка времени жизни ближайшего общего предка мужчин — иными словами, Y-хромосомного Адама — была между 0 и 800 000 лет назад. Это не дало ничего нового для понимания происхождения и миграции человека, но послужило сдерживающим фактором для исследователей, которые хотели изучать популяционную генетику по Y-хромосоме.

Вскоре все же было открыто несколько полиморфизмов, и Майкл Хаммер из Университета Аризоны смог обнаружить достаточное количество различий, чтобы сделать вывод о том, что Адам жил 200 000 лет назад в Африке. Это подтвердило результаты, полученные по митохондриальной ДНК, и подготовило почву для свидания наших предков в велде[16]. Однако общее количество информативных полиморфизмов Y-хромосомы было еще совсем мало. Настало время для расширения масштабов поиска разнообразия, и снова район залива Сан-Франциско в Калифорнии становится подходящим местом.

Питер Андерхилл начал свою научную карьеру с изучения морской биологии в Калифорнии в конце 1960-х, получив в итоге докторскую степень в 1981 году в Делавэрском университете. Затем он вернулся в Калифорнию и окунулся с головой в только что возникшую область биотехнологии, занимавшуюся такими вещами, как проектирование новых ферментов для молекулярно-биологических исследований. Но самое главное, он увлекся новыми технологиями, которые тогда разрабатывались генетиками в ошеломляющем количестве. Это было бурное время для молодой биотехнологической отрасли, и эпицентр революции, которую предвещала технология получения рекомбинантной ДНК, находился неподалеку от Сан-Франциско. Вырезание и сшивание генов стало биологическим аналогом развивающейся в Кремниевой долине и окрестных городках компьютерной индустрии.

В 1991 году, устав от мира коммерции, Питер Андерхилл подал заявление на должность научного сотрудника лаборатории Луки Кавалли-Сфорцы в Стэнфордском университете. После того как он убедил Луку в том, что сможет вписаться в его сплоченный и дружный коллектив, он был принят. Свою деятельность в лаборатории Питер начал с секвенирования мтДНК, но вскоре его заинтересовала Y-хромосома. О работе в лаборатории Кавалли-Сфорцы в то время можно было только мечтать, это был поистине передовой край науки. Я считаю себя счастливчиком, что работал там после защиты докторской диссертации. Новые методы статистического и генетического анализа разрабатывались почти каждую неделю, и интеллектуальный климат был безупречен. Почти все крупные фигуры популяционной генетики человека в 1990-х годах работали какое-то время в Стэнфорде — среди них были и студенты, и доктора наук, такие как Дэвид Гольдштейн, Марк Сейелстад и Ли Цзинь, которых мы еще встретим в этой книге. Но на нашу историю повлиял, как ни странно, один химик-аналитик. И чтобы объяснить, почему, мы должны узнать немного больше о молекуле, которая образует наш геном.

Один из основных методов исследования в техническом арсенале генетиков — разделение фрагментов ДНК по размеру. Подобно белкам, молекула ДНК является линейной цепочкой, состоящей из блоков, называемых нуклеотидными основаниями. Генетическая информация кодируется в последовательности оснований, составляющих ДНК подобно тому, как аминокислоты образуют белки. Однако в отличие от белков ДНК имеет только четыре строительных блока, которые называются нуклеотидными основаниями: аденин (А), цитозин (Ц), гуанин (Г) и тимин (Т). Информация, которую они кодируют — инструкция по созданию вас — содержится в определенной последовательности этих четырех видов нуклеотидов. Подобно тому, как азбукой Морзе можно передать огромный объем информации с помощью точек и тире, так и ДНК кодирует биологические характеристики организма с помощью этих четырех нуклеотидов. А если работать с последовательностью из 3 млрд нуклеотидов, получается огромное количество информации.