ДНК хранит историю эволюции

Брайан Сайкс. Семь дочерей Евы / Пер. с англ. Е. Я. Мигуновой. М.: РИПОЛ КЛАССИК, 2003. 304 с. (Мироздание).

Игривое название и яркая глянцевая обложка с обнаженной Евой на фоне космического пейзажа способны, пожалуй, отпугнуть серьезного читателя. Рекламный слоган на обложке «Открытие! Как найти своего генетического предка?» тоже не внушает особого доверия. Между тем Брайан Сайкс — профессор Оксфордского университета, ученый с мировым именем — живо, блестяще, остроумно и, главное, просто и понятно описал историю и результаты своих научных исследований по эволюционной генетике. Книга построена как хороший учебник: все вводимые научные понятия — от вполне общеизвестных, таких как хромосома, ДНК, группы крови или Homo erectus, до появившихся совсем недавно — получают четкие, ясные и на удивление несложные толкования. Для всех упоминаемых научных фактов и открытий приводится короткая предыстория.

Несомненно, стоит дать прочесть эту книгу школьникам прежде, чем они начнут проходить генетику в школе. Стремительно, убедительно и увлекательно автор рассказывает о своих открытиях, позволяющих найти ответы на множество загадок. Возможен ли генетический анализ ископаемых костей доисторических людей и животных? Где была родина предков современных полинезийцев — в ЮгоВосточной Азии или, что пытался подтвердить своим путешествием на «Кон-Тики» Тур Хейердал, в Южной Америке? Вымерли ли неандертальцы под натиском кроманьонцев или их потомки живут среди нас до сих пор? Происходят ли современные европейцы от древнейших жителей Европы — кочующих охотников, постепенно постигших преимущества оседлой жизни, или от вытеснивших кочевников земледельцев с Ближнего Востока? Как данные языкознания, сводящие все европейские языки к одному общему праязыку, и данные археологии, делающей выводы на основе орнаментов на ископаемой керамике, соотносятся с открытиями современной генетики? Действительно ли баски — единственные потомки древнейшего населения Европы и их происхождение иное, нежели остальных европейцев? Живут ли в нынешнем Чеддере, славящемся сыром и пещерами, родственники Чеддерского человека, которому около девяти тысяч лет и чей скелет хранится в Британском музее естественной истории? Действительно ли царская семья захоронена в могиле, найденной в окрестностях Екатеринбурга, и была ли Анна Андерсон царевной Анастасией? И если найдется человек, которого не заинтересует ни один из этих вопросов, то, может быть, ему покажется любопытным повествование о том, откуда взялись домашние хомячки.

Но не надо думать, что книга представляет собой сборник разрозненных историй. Нет, все эти тайны — лишь звенья в последовательном рассказе о приключениях центральной героини этого романа — митохондрии, точнее митохондриальной ДНК.

Оказывается, новый виток генетических исследований, приведший в конце концов к действительно невероятным открытиям, стал возможен потому, что в конце 1980-х годов началось изучение ДНК не в хромосомах ядра клетки, а в митохондриях. Митохондрии — это мельчайшие образования, которые есть в любой живой клетке; они расположены в цитоплазме и занимаются переработкой кислорода в энергию. «В глубине каждой митохондрии имеется крошечный фрагментик ДНК, мини-хромосома, длина которой очень мала — всего шестнадцать с половиной тысяч оснований. Это действительно очень мало по сравнению с хромосомами ядра, содержащими три тысячи миллионов (так в книге. — Е. У.) оснований. ...Генетический код в митохондриальной ДНК слегка отличается от кода в ДНК ядерных хромосом» (с. 63).

Митохондрии имеют уникальное свойство, которое сделало их незаменимыми для выяснения тайн родства, но не семейного, а глубокого — связывающего людей через десятки тысяч лет. Дело в том, что если хромосомы ядра человек получает в наследство от обоих родителей, то митохондрии — только от матери. Исследовать эволюционную историю человека через ДНК ядерных хромосом очень трудно, на данном этапе развития генетики почти невозможно: ведь они «имеют обыкновение перемешиваться, перетасовывая всю генетическую информацию в каждом поколении» (с. 167). В ядерной ДНК генетическая информация, пришедшая, скажем, от дедушки по отцовской линии, оказывается соединенной с доставшейся от бабушки по той же линии; поэтому разобраться можно только в том, что взято от отца, а что от матери, но не глубже.

А вот митохондриальная ДНК замечательно подходит для изучения далекого человеческого прошлого, так как информация, которую она несет, передается от матери к детям, от бабушки через маму к внучке, потом к правнучке и праправнучке почти в неизменном виде. Последовательности митохондриальной ДНК у человека и у его прямых предков по материнской линии не отличаются, за исключением тех изменений, которые возникают при мутациях.

Митохондрии оказались посланницами, несущими нам информацию от самых-самых дальних наших предков (по материнской линии). Более того, эти послания датированы, так как можно рассчитать временну.ю частоту возникающих в хромосомах мутаций — незапланированных изменений в структуре ДНК, возникающих из-за сбоев и ошибок при делении клеток. «Уровень возникновения мутаций в ядерных хромосомах черезвычайно низок — грубо говоря, в норме при каждом делении клетки мутирует одно азотистое основание из тысячи миллионов. В митахондриях же контроль за ошибоками1 не настолько отлажен, поэтому мутации возникают примерно в 20 раз чаще. ...Другими словами, “молекулярные часы”, с помощью которых мы, посредством мутации в ДНК, можем определять время, в митохондриях тикают намного быстрее по сравнению с ядром» (c. 66).

То есть если у двух человек был один общий предок по женской линии десять тысяч лет назад, то в последовательности контрольного региона2 их митохондриальной ДНК будет одно отличие. «...Хотя скорость митохондриальных мутаций кажется чересчур медленной, для того, чтобы изучать эволюцию человека на протяжении последних ста тысяч лет, она подходит просто идеально, а ведь основные события происходили именно на этом отрезке времени» (c. 86). Изучение митохондрий дает возможность составить матринеальное генеалогическое древо для всего человечества! Для этого всего лишь надо проанализировать ДНК каждого человека и сопоставить получившиеся данные.

Исследовав митохондриальные структуры ДНК большого числа современных европейцев и обработав данные как сеть с помощью математического аппарата, разработанного немецким математиком Х. Ю. Бандельтом, Брайан Сайкс обнаружил, что все структуры разбиваются на семь групп, или на семь кластеров. «В пределах каждого из кластеров последовательности ДНК либо идентичны, либо очень близки друг к другу. Более 95 процентов современного коренного населения Европы вписывается в ту или иную из этих семи групп» (с. 203). Все европейцы тем самым происходят от семи женщин, «семи родоначальниц кланов. Оставалось только дать им имена...». На основе сопоставления каждого кластера со скоростью возникновения мутаций было определено, сколько времени он эволюционировал. В результате Сайкс пришел к сенсационному выводу: «Возраст семи кластеров лежал в промежутке между сорока пятью и десятью тысячами лет... Эти цифры показывают нам, какой отрезок времени потребовался, чтобы из единственной последовательности основателя клана развились все те мутации, которые мы видим в кластере сейчас. Продолжив ход рассуждений... неизбежно приходишь к выводу, от которого захватывает дух: эта единственная последовательность, от которой произошли все остальные последовательности... принадлежит одному-единственному человеку, а еще точнее — единственной женщине» (с. 204).

Здесь научная часть книги прерывается, и начинается художественно-историческая реконструкция жизни каждой из семи женщин. К сожалению, как историк и литератор автор книги показался мне менее интересным, чем как ученый и популяризатор науки.

Итак, у этой книги много героинь: это и митохондриальная ДНК, и семь европеянок-прародительниц. Есть еще одна героиня, также очень любимая автором, — это наука. Рассказанная книгой история очень хорошо демонстрирует, что настоящее научное исследование — это отнюдь не «уверенное продвижение вперед к хорошо известной цели по заранее спланированному маршруту. Куда больше оно напоминало цепочку беспорядочных бросков, причем такие факторы, как подвернувшийся случай, личные взаимоотношения, денежные затруднения, даже физические травмы, определяли направление каждого из этих бросков не в меньшей степени, чем любая продуманная стратегия» (с. 28). Для автора важно, каков механизм возникновения научной мысли: «...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 оно заключается» (с. 68). С доброжелательностью и уважением, спокойно и достойно говорит автор обо всех своих научных коллегах, в том числе и об оппонентах, в том числе и о тех оппонентах, которые длительное время подвергали его откровенной травле: «Это абсолютно логично и правомерно — требовать исчерпывающих объяснений от тех, кто бросает вызов устоявшимся взглядам. Чрезвычайные сообщения, подобные нашему, требовали сверхубедительных доказательств. Мы сознавали все это, и все же не могли избавиться от ощущения очень сильного давления. Мы были в роли мальчишек, осмелившихся бросить вызов истеблишменту. Тем не менее я ни секунды не сомневался в том, что правы мы. И единственно верным в такой ситуации было сохранять спокойствие и подробно, по пунктам, ответить на все критические замечания» (с. 162).

Читателю, впервые узнающему о сенсационных открытиях современной генетики из этой живо и бойко написанной книги, трудно поверить в то, что весь изложенный в ней материал научно обоснован. Между тем это действительно так: после долгих лет ожесточенных научных споров и недоверия коллег Брайан Сайкс приобрел общепризнанный авторитет в области генетики человека. Преуспевает он и в коммерции: организованная им фирма предлагает любому желающему исследование его генеалогии на основе генетического анализа митохондриальной ДНК.

Для Сайкса, человека искренне неравнодушного к общечеловеческим проблемам, очень важны обнаруженные им связи между людьми разных национальностей. Ведь это «лишний раз доказывает полнейшую несостоятельность попыток подвести биологическую основу под расовые классификации... В нас все перемешано — и в то же время мы все родственны друг другу» (с. 301).

[1] Здесь позволю себе обратить внимание на забавную шутку судьбы: опечатка в слове «ошибка», скопированная мною при цитировании, служит иллюстрацией того, как случайно возникают называемые мутациями сбои. Воспользуюсь этим как поводом, чтобы отметить неплохой перевод, а также то, что качество корректуры и особенно редактирования, к сожалению, заметно снижается во второй половине книги.

[2] Контрольный регион — определенный участок митохондриальной ДНК, выбранный для генетических исследований (в частности, потому, что наиболее часто подвержен мутациям).