Генетическая одиссея человека - Спенсер Уэллс

Когда после защиты докторской диссертации я был научным сотрудником Стэнфордского университета, мы с моей будущей женой жили в Сан-Франциско, а на работу ездили в Пало-Альто. Мы решились проделывать каждый день этот путь потому, что предпочли жить в городе, с его суматохой и людской толчеей. Наша квартира находилась в районе Ричмонд, в самом сердце общины русских иммигрантов и бок о бок с «Новым китайским кварталом» на Клемент-стрит. Чтобы скоротать время, ночью по пути домой я слушал National Public Radio, своего рода американский аналог ВВС Radio Four. Однажды, осенним вечером 1997 года, подъезжая к 25-й авеню, я услышал по радио новость, от которой чуть было не вильнул в сторону встречного автобуса. Я остановился у обочины и стал слушать, ловя каждое слово.

Диктор сообщал, что группа ученых во главе с профессором Мюнхенского университета Сванте Паабо только что опубликовала первую последовательность ДНК неандертальца. В некотором смысле это было святым Граалем антропологии — научным открытием, которое обещало ответить на один из старейших и наиболее спорных вопросов в этой области: произошли ли современные европейцы от неандертальцев или неандертальцы были вытеснены людьми, пришедшими откуда-то еще?

Неандертальцы были первыми гоминидными предками, обнаруженными в пещере долины реки Неандер еще в 1856 году. Несмотря на первоначальное нежелание принять факт человеческой эволюции, в течение нескольких десятилетий большинство людей пришли к убеждению, что неандертальцы были предками современных европейцев. Однако генетические исследования 1980-х годов поставили под сомнение эту теорию. Если митохондриальная ДНК говорит нам, что каждый человек вышел из Африки сравнительно недавно, как могли современные европейцы произойти от гоминидов, подобных неандертальцам, которые жили на территории современной Европы уже около 250 000 лет назад? Это был спорный вопрос, и некоторые антропологи, такие как Милфорд Уолпофф из Мичиганского университета, настаивали на том, что данные на основе ДНК были неправильными, и что «поскреби европейца — обнаружишь неандертальца».

Как мы видели в главе 2, главная проблема с получением информации о прошлом из данных, собранных в настоящее время, — это необходимость использовать теории о том, как изменялись последовательности ДНК с течением времени. И хотя эти теории и подкрепляются генетическими и эволюционными исследованиями, проводимыми не одним поколением ученых, они все же остаются теориями. К сожалению, невозможно вернуться назад во времени и проверить свидетельства, дабы убедиться в справедливости наших теоретических выводов. Или возможно? Можем ли мы изучить ДНК наших давно умерших предков?

Исследования древней ДНК впервые были начаты Сванте Паабо и его коллегами (в том числе и Аланом Уилсоном, прославившимся благодаря митохондриальной Еве) в 1980 году в Беркли и в Мюнхене. Побуждающим мотивом этой работы было желание сделать невозможное — вернуться назад во времени с помощью изучения ДНК давно умершего человека. Это была, по сути, попытка разработать генетическую «машину времени», позволяющую напрямую получить ответы на вопросы о наших предках. Одним из первых был анализ ДНК египетских мумий, но вскоре были предприняты попытки проделать это с окаменелостями, возраст которых насчитывал миллионы лет. Книга Майкла Крайтона «Парк Юрского периода» была создана под впечатлением бурного начала этих исследований, когда казалось, что возможно все, даже получить из замурованных в янтаре кровососущих насекомых неповрежденную ДНК динозавра!

Хотя притязания на успешное извлечение ДНК из источников, которым десятки миллионов лет, оказались в конечном итоге необоснованными, как правило, из-за загрязнения незначительным количеством современной ДНК, иногда все-таки удавалось выделить ДНК из более молодых образцов или из тех, что сохранялись в течение десятков тысяч лет в идеальных условиях. Вмерзшие в лед туши мамонтов и тела древних альпийских путешественников, а также высушенные останки мумий и жителей пустынь дали пригодную для анализа ДНК. Но даже в этих случаях анализ почти всегда ограничивался митохондриальной ДНК, присутствующей в каждой клетке в огромном количестве копий — это делает вероятным, что хотя бы одна из них выжила в многовековой русской рулетке молекулярной деградации. Однако все равно было крайне трудно проводить такого рода анализ, поскольку в большинстве случаев молекулы ДНК после смерти разрушаются полностью. Это означало, что результаты чаще были отрицательными, чем положительными, но то, что удалось получить в тех редких случаях, когда ДНК была успешно извлечена, стоило затраченных усилий. Так было с группой Паабо, которая разработала надежные способы извлечения ДНК из древних образцов. В начале 1990-х годов его лаборатория достигла в этом мастерства — Паабо и его коллеги были бесспорными экспертами в этой области.

Научная удача, которая чуть не стала причиной моей гибели в Сан-Франциско, на самом деле началась с самых первых обнаруженных костей неандертальцев. Эти кости представляли собой типовой образец — то есть по ним палеоантропологи судили обо всех остальных — и находились в музее Бонна почти 140 лет к тому моменту, когда группу ученых из Мюнхена допустили к их исследованию. Паабо ухватился за этот шанс, и его аспирант Маттиас Крингс провел анализ ДНК этих костей в ходе работы над своей кандидатской диссертацией. Более чем за год кропотливой работы методом проб и ошибок Крингсу постепенно удалось выделить достаточное количество неповрежденной митохондриальной ДНК, чтобы получить ее последовательность длиной 105 пар нуклеотидов. То, что он увидел, соединив все вместе, было поразительно. Вот что Крингс рассказывает о первом взгляде на ДНК, возраст которой 40 000 лет:

После того как результаты, полученные после тщательного анализа других фрагментов этих костей, совпали и подтвердились в ходе экспериментов, проведенных в лаборатории другого континента (для уверенности, что полученные в лаборатории Мюнхена результаты не были экспериментальным артефактом вследствие какого-либо загрязнения), он признал правильность этой последовательности. Повторив процедуру несколько раз, он в конце концов сумел получить из этих останков последовательность митохондриальной ДНК длиной 327 пар нуклеотидов — вполне достаточную, чтобы дать статистически значимую оценку ее эволюционной дивергенции. Эта последовательность явно не была мтДНК современного человека, но не принадлежала она и человекообразной обезьяне. Скорее всего, она относилась к представителю семейства гоминидов, имевшего около 500 000 лет назад общего с современными людьми предка. Эта дата согласовалась с той, что была предсказана палеонтологами, изучавшими расселение так называемых «архаичных людей» из Африки в Европу, и это доказывало, что неандерталец не был прямым предком современных людей. Скорее всего, неандертальцы представляли собой местную популяцию архаичных гоминид, которых позже сменили современные Homo sapiens — без какого-либо явного смешения[26]. Из тысяч человеческих митохондриальных последовательностей, полученных от людей со всего мира, ни одна не отличалась от других так, как установленная Крингсом последовательность неандертальца. Неандертальцы выходят за пределы диапазона генетической изменчивости, обнаруженной в человеческом виде, и, следовательно, они представляют собой отдельный вид. Этот первоначальный результат был подтвержден двумя дополнительными генетическими исследованиями останков неандертальцев из других частей Европы, свидетельствующими о том, что неандертальцы близкородственны друг другу, но в очень дальнем родстве с нами. Эти генетические данные неопровержимо доказывают: современные европейцы, как и все живущие на Земле люди, имеют африканское происхождение.