Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов

После тяжелого подъема бегом по причудливым изгибам горной дороги и неторопливого спуска мы часто подолгу обсуждали научные темы, в особенности генетическую изменчивость у человека. Из работ Алана Уилсона и других мы знали, что изменчивость мтДНК у людей ниже, чем у человекообразных обезьян. Это показывает, что современные люди стартовали от небольшой популяции и тем отличны от обезьян. Но одновременно мы ясно понимали, что небольшой размер мтДНК и ее простое, прямолинейное наследование в материнской линии могут исказить реальную картину генетической истории человека и обезьян. Однако когда Хенрик пришел к нам в лабораторию, новые и быстрые способы секвенирования ДНК уже позволяли изучать куски ядерного генома, а не только митохондриального. Хенрика это заинтересовало – он решил исследовать вариабельность ядерной ДНК обезьян и человека. Встал вопрос, какой фрагмент генома взять в работу.

Нам известны функции только десяти процентов ядерного генома. Эти 10 процентов в основном кодируют белки. Тут индивидуальная вариабельность крайне невысока: подавляющее большинство мутаций в этих генах вредны. А если, положим, ген в прошлом изменился и изменил свою функцию и носитель новой вариации оказался лучше приспособлен и имел больше детей, то такой ген должен распространиться в популяции; в результате разница в геномах так или иначе отразит подобный процесс. Оставшиеся 90 процентов генома не так бдительно охраняются естественным отбором – скорее всего, именно из-за того, что их функции не столь существенны для выживания. А нас интересовали как раз случайные мутации и процесс их накопления по ходу эволюционного времени. Поэтому выбрать предстояло из этих 90 процентов. Мы решили сосредоточиться на определенном участке в 10 тысяч нуклеотидов в Х-хромосоме. В нем, насколько было известно, не содержалось генов белков или чем-то примечательных фрагментов ДНК.

Определив, что

мы будем секвенировать, теперь предстояло выбрать когосеквенировать, то есть чьи исследовать гены. Понятно, что выбирать нужно из мужчин, так как у них только одна Х-хромосома, а у женщин две – иными словами, задача сразу облегчается в два раза. Но из каких мужчин, вот ведь вопрос! Многие просто работали с наиболее доступным материалом. Например, множество исследований, особенно в медицине, выполнялись на выборках европейцев. Какой-нибудь наивный пользователь базы данных генетической изменчивости человека может утвердиться во мнении, что у европейцев генетическая вариабельность выше, чем у других групп населения. А на самом-то деле их высокая вариабельность отражает лишь относительно бедную представленность других групп.

Создать более разумную выборку мы могли тремя способами. Во-первых, можно отбирать мужчин пропорционально численности населения в разных частях света. Эту идею пришлось отставить, поскольку образцы в таком случае будут в основном из Китая и Индии, где население сильно выросло за 10 тысяч лет в результате, в частности, развития сельского хозяйства. Другими словами, согласившись на этот вариант, о генетическом разнообразии говорить не придется. Во-вторых, можно собирать образцы, ориентируясь на территорию, то есть, например, по одному образцу с каждых двух-трех квадратных километров. Но это, вдобавок к баснословным транспортным расходам, приведет к чрезмерно раздутой выборке из областей с низкой плотностью населения, например из северного Заполярья. По третьему сценарию, на котором мы в конце концов остановились, выборка производится в соответствии с основными лингвистическими группами. Мы считали, что лингвистические группы (индоевропейская, финно-угорская и т. д.) в общем приближении отражают культурное разнообразие древности, и оно старше, чем 10 тысяч лет. Так что, если мы будем отбирать образцы по лингвистическим группам, у нас увеличатся шансы сделать выборку из групп населения с независимой генетической историей. И мы, хочется верить, получим более полную картину генетической изменчивости.

К счастью, мы были не первыми: образцы ДНК по этому принципу уже собрал известный генетик из Стэнфорда, итальянец Лука Кавалли-Сфорца, и мы могли воспользоваться его коллекцией. Хенрик отобрал шестьдесят девять образцов – мужских представителей основных языковых групп. Для каждого образца отсеквенировал назначенные цепочки из десяти тысяч нуклеотидов. Сравнив затем последовательности ДНК в случайно выбранных парах, он подсчитал, что среднее число отличающихся нуклеотидов равно 3,7. Так же как и в случае с митохондриальной ДНК, Хенрик отметил большую вариабельность ядерной ДНК у пар из Африки, чем у неафриканцев. Чтобы понять смысл полученных результатов, он обратился к исследованию ближайших родственников человека – шимпанзе.