Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

Таким образом, в процессе формирования человека как вида и его эволюции происходили заметные изменения в геноме, обусловленные различными мутациями в нем. Однако должны существовать определенные пределы или ограничения этой вариабельности. Понятно, что они не могут быть очень большими, в ином случае это уже несовместимо с жизнью. И действительно, как уже говорилось, у всех ныне живущих людей генетические тексты очень похожи. Два любых человека, кроме однояйцовых близнецов, различаются всего лишь одной буквой-нуклеотидом из 1000. За 200 000 лет, прошедших после возникновения человека как нового вида, различия между геномами разных людей едва достигли 0,1 %. «Изменения, которые произошли в процессе эволюции с человеком, гораздо меньше, чем у других животных», — делает вывод Эрик Ландер из Массачусетского технологического института.

Пока это собственно и все. Несмотря на все новое знание, которое пришло к нам в геномную эру, еще остается много нерешенных вопросов, касающихся происхождения и эволюции человека. Однако теперь после расшифровки генома человека появилась надежда на наше скорое понимание по крайней мере некоторых из них.

Если в начале были человекоподобные обезьяны, то кто был после них? Сохранилось ли какие-нибудь достоверные исторические источники об этом?

Современные люди, при всей генетической близости друг к другу, весьма отличаются по своим физическим и умственным характеристикам. Человеческий рост колеблется от 120 см у пигмеев до 215 см у народа масаи; цвет кожи, благодаря различному содержанию меланина, — от черного до белого. Очень разнятся черты лица. Объем мозга варьирует от 800 до 2000 кубических сантиметров. С кем же сравнивать этот разноликий образ человека?

Единственное, чем ученые располагают, — это ископаемые останки. Классическая палеонтология — наука о животных и растениях прошлых геологических эпох — уже давно изучает ранние этапы эволюции жизни по ископаемым остаткам. Но обычно через много веков от организма остается лишь минерализованный скелет. Традиционные способы, используемые палеонтологией для из исследования, в конечном итоге дают весьма ограниченные результаты. Но вот за останки принялись молекулярные генетики. И в результате этого родилось целое новое направление в геномике — палеогеномика.

Мы уже говорили об останках царской семьи и о том, что из них удалось выделить митДНК, с помощью которой и идентифицировали убиенных. Но в данном случае речь шла об останках, возраст которых менее 100 лет. А что же должно произойти с митДНК в останках, пролежавших в земле тысячи и даже сотни тысяч лет? Как показывают современные теоретические расчеты и конкретные исследования, наиболее вероятное время «выживания» фрагментов митДНК составляет 30–100 тысяч лет. Фрагменты ядерной ДНК, вероятно, могут быть получены из таких останков, как зубы и кости, возраст которых достигает 10 тысяч лет. Значит, примерно на такой период вглубь веков мы и сможем погрузиться с помощью анализа ДНКовых текстов.

Первый успех пришел к ученым еще в 1985 г., когда было осуществлено клонирование и определение нуклеотидной последовательности ДНК, выделенной из древней египетской мумии. Чуть позднее была показана возможность анализа митДНК из очень древних образцов при исследовании мозга человека давностью 7000 лет. В дальнейшем изучали митДНК из отдельных давно вымерших видов животных: сумчатого волка, термита в янтаре, мамонта, пещерного медведя и др. В конечном итоге подошла очередь для анализа древних останков человека.

Долгое время считалось, что останки самого близкого родственника человека были обнаружены в 1856 г. в местечке Неандерталь (Германия), отсюда обнаруженный предок получил название неандерталец. Неандертальцы населяли Европу и Западную Азию в период от 300 тыс. до 28 тыс. лет назад. На основе морфологического сравнения неандертальцев с человеком современного типа было предложено три гипотезы: неандертальцы — прямые предки человека; они внесли некоторый генетический вклад в генофонд Homo sapiens; они представляли независимую ветвь, которую полностью вытеснил человек современного типа. Для решения вопроса о месте неандертальцев на эволюционном древе и его родстве с человеком было проведено изучение митДНК, выделенных из обнаруженных останков. Конечно же, ядерная ДНК у них за несколько десятков тысяч лет сильно испортилась, развалилась на миллионы коротких фрагментов. По этой причине проще было работать именно с митДНК, которая, как уже говорилось, исходно имеет маленький размер, и в каждой клетке содержится до 100 копий такой ДНК, а не две копии, как в случае ядерной ДНК. ДНК выделяли с огромными предосторожностями в условиях высочайшей стерильности — ученые работали в специальной одежде, напоминающей скафандры, для того чтобы предотвратить даже малейшее случайное загрязнение исследуемых образцов какой-нибудь посторонней ДНК из современных организмов. С помощью полимеразной цепной реакции (о ней мы уже говорили) «размножили» те кусочки ДНК, которые сохранились. Они оказались очень короткими (не более 20 нуклеотидов). Тем не менее по ним все-таки удалось «реставрировать» исходную последовательность нуклеотидов в митДНК неандертальца. А далее сравнили эту последовательность и последовательность митДНК современного человека. Различия оказались столь существенными, что это дало основание сделать вывод — неандертальцы составляли совершенно самостоятельный, хотя и родственный человеку вид. А раз это отдельные виды, то скрещивание их было невозможно — и, следовательно, в геноме человека скорее всего нет генов, полученных напрямую от неандертальцев.

Позднее в пещере Мезмайской на Северном Кавказе российские антропологи нашли кости еще одного неандертальца. Его останки были точно датированы радиоуглеродным методом — им 29 тыс. лет. Доступные для анализа нуклеотидной последовательности ДНК этого ископаемого на 3,5 % отличались от более раннего «дюссельдорфца». Тем не менее, оба неандертальца принадлежали к одному генетическому древу, которое явно отличается от древа современного человека.

По различиям в нуклеотидных последовательностях митДНК было приблизительно оценено время расхождения ветвей неандертальца и современного человека. Оно составляет от 500 до 690 тыс. лет. Таким образом, сейчас считается твердо установленным, что неандертальцы — это не наши прародители, а просто тупиковая ветвь эволюции.

К сожалению, пока по найденным к настоящему времени останкам так и не удалось найти нашего далекого прямого предка. Согласно современным представлениям, мы начинаемся скорее всего с кроманьонцев, но остается загадкой, так ли это и кто был до них. Ответ на этот вопрос пока скрыт в глубине веков.

Итак, несмотря на значительные успехи в расшифровке генома человека и в генетическом анализе ископаемых останков, к сожалению, поиск наших предков по останкам пока не дал окончательного ответа. Возможно, эти останки еще предстоит найти.

Существенно более интересные результаты были получены палеогеномикой при анализе ДНК мумий. Это направление исследований часто называют «генетикой мумий». Приведем несколько примеров. Так, анализ ДНК останков людей из древних поселений в различных частях Америки свидетельствует о том, что заселение Америки происходило не тремя волнами миграций, как считалось ранее, а в результате одной большой миграции, которая и привела к появлению современного человека на этом континенте.