ДНК. История генетической революции

Если и есть такой признак, распределение которого в человеческих популяциях чрезвычайно трудно объяснить, так это непереносимость лактозы. Молоко млекопитающих (в том числе женское) богато молочным сахаром (лактозой), и у новорожденных млекопитающих обычно вырабатывается фермент лактаза, расщепляющий молоко в кишечнике. Однако, повзрослев, большинство млекопитающих, в том числе люди – как минимум большинство африканцев, все американские индейцы и азиаты, перестают вырабатывать лактазу и вследствие этого не переносят лактозу. «Непереносимость лактозы» означает, что обычный стакан молока может обернуться для вас неприятными последствиями, в частности диареей, метеоризмом и болью в животе. В это же время большинство европеоидов и представителей других групп нормально перерабатывают лактозу всю жизнь и, следовательно, всю жизнь могут пить молоко. Было предложено такое объяснение: возможно, представители этих популяций исторически максимально зависели от молочных продуктов. Однако такая закономерность прослеживается далеко не всегда. Так, в Средней Азии существуют пастушьи племена – там каждому жителю найдется свой кусочек сыра, если у человека непереносимость лактозы. Я, например, сам страдаю непереносимостью лактозы, хотя происхожу из этнической группы, которая хорошо ее переносит.

Если естественный отбор поддержал переносимость лактозы в некоторых популяциях, то почему эта работа не доведена до конца? Вероятное объяснение заключается в том, что эволюция переносимости лактозы разворачивается прямо на наших глазах. Одомашнивание крупного скота неоднократно происходило на протяжении последних десяти тысяч лет, и мы наблюдаем независимую эволюцию этого признака в нескольких скотоводческих популяциях, например среди европейцев и среди африканцев. Переносимость лактозы связана с «генетической перепрошивкой» системы, которая в обычном режиме должна отключать синтез лактазы примерно в трехлетнем возрасте. Мутации, возникающие в европейских и африканских популяциях, различаются, но дают одинаковый эффект: человек обретает способность всю жизнь синтезировать лактазу. Анализ древней ДНК, принадлежавшей европейцам, жившим 10 тысяч лет тому назад, показывает, что они не переносили лактозу, а значит, естественный отбор стал действовать в пользу переносимости лактозы совсем недавно (по эволюционным меркам) – как и должно быть, учитывая историю одомашнивания животных. Однако Пардис Сабети, ученый-врач из Гарварда, разработала более объективный метод идентификации таких участков в генах, которые, гарантируя некоторые преимущества, селективно отбирались в ходе человеческой эволюции. Если бы были живы Чарльз Дарвин и Альфред Уоллес, они бы ее без сомнения поддержали. Сабети – лауреат Родсовской стипендии, вокалистка рок-группы и практикующая «охотница на вирусы», но первая любовь этой американской персиянки – вычислительная генетика. Воспользовавшись стратегией, разработанной Эриком Ландером, Сабети стала просеивать геном в поисках недавних актов «выметания генов отбором». Допустим, в хромосоме возникает полезная мутация, и постепенно частота этой мутации в популяции под действием естественного отбора увеличится (например, носители этой мутации в среднем оставляют больше потомства). Однако частота в данном случае возрастает не только под влиянием конкретной мутации. Другие аллели, расположенные в хромосоме поблизости от этого участка с мутацией, «зацепляются» за нее (среди популяционных генетиков также популярен термин «генетический автостоп»). Размер подцепляемого таким образом участка зависит от скорости рекомбинации на этом участке и от силы/темпа селективного процесса. В конечном итоге повторяемость полезной мутации достигнет 100 %, равно как и повторяемость пограничных с ней аллелей, которые за нее зацепились, и возникнет целый фрагмент ДНК, где нет никакой вариативности – последовательность будет идентичнау всех особей данного вида. Сабети выявила в геноме множество характерных сигнатур, свидетельствующих о положительном отборе. Это те самые «генно-археологические» следы воздействия естественного отбора на последовательности нашей ДНК. Один из примеров – ген EDAR (отвечающий за структуру и качество волосяного покрова), повлекший определенное изменение, со временем ставшее характерным для большинства жителей Восточной Азии. По-видимому, этот вариант возник в Центральном Китае около 35 тысяч лет тому назад. Мыши, которым во время опытов был внедрен такой ген, имели более густой мех и больше потовых желез. Возможно, распространение этого гена обусловлено селективным преимуществом, связанным с терморегуляцией либо с половым отбором – а возможно, и с обоими факторами.