Одиссея генов. Захватывающая история человечества, извлеченная из ДНК

Чтобы узнать, когда жил общий предок двух индивидов, исследователи сравнивают участки ДНК, одинаково расположенные в их геноме. Число различий между этими участками указывает на время, прошедшее с тех пор, когда они представляли собой единое целое. Но что приводит к появлению различий? Очевидно, они бывают вызваны спонтанными мутациями, которые происходят случайным образом, но кроме того, они — результат генетических рекомбинаций, которыми отмечено каждое поколение.

Чтобы понять суть этого феномена, представьте себе наш генофонд в виде библиотеки, где книгами будут наши хромосомы. У любого из нас каждый участок генома двойной, поскольку он получает по «книге» от матери и от отца. Что происходит, когда мы в свою очередь производим половые клетки для размножения? Материнские и отцовские книги перемешиваются: из каждой выпадают страницы, которые в итоге оказываются в другой книге. Эта рекомбинация лежит в основе смешения генов, которое объясняет, каким образом при половом размножении из «старого» создается «новое».

Число рекомбинаций в каждом поколении зависит от биологического вида: например, у человека происходит несколько десятков рекомбинаций. Генетики, изучающие популяции, стараются выявить эти рекомбинации в ДНК популяций, чтобы восстановить их историю. С точки зрения статистики, чем дальше одна от другой две страницы в книге индивида, тем больше шансов, что между ними произойдет рекомбинация, то есть тем выше вероятность, что одна страница будет передана отцом, а другая — матерью. И наоборот: две близкие страницы избегнут рекомбинации и, вероятнее всего, будут переданы вместе. В то же время чем больше поколений проходит, тем вероятнее, что произойдет рекомбинация. В конечном счете у каждого участка ДНК — у каждого набора страниц — своя история, и каждый участок восходит к какому-либо предку. ДНК — своего рода мозаика ушедших предков.

Как именно исследователи проводят анализ? Они сравнивают участок ДНК одного индивида с таким же участком другого, затем ищут сегменты ДНК без рекомбинации. Если такой сегмент длинный, значит, произошло мало рекомбинаций, то есть после общего предка прошло мало поколений: общий предок двух индивидов жил относительно недавно. Если же участок общей ДНК без рекомбинации короткий, то это указывает на древность общего предка.

Эту информацию, основанную на длине участков общей ДНК, дополняют данные о мутациях. Если общий для одного из участков ДНК предок жил давно, то, вероятно, после него на этом участке ДНК накопились мутации. Следовательно, если при сравнении двух участков ДНК обнаруживаются длинные участки без рекомбинации, но с небольшим числом мутаций, то общий предок жил недавно. Если же выявляются небольшие участки ДНК без рекомбинации, но с мутациями, значит, общий предок довольно древний.

Так сравнивают ДНК двух индивидов или даже ДНК одного индивида, полученные им от отца и от матери. (В последнем случае родителей можно рассматривать как двух индивидов, чьи ДНК сравниваются.) На основе полного генома индивида датируют предка каждой части его генома. У каждой части генома двух индивидов есть общий предок, которого называют ближайшим общим предком, или MRCA (most recent common ancestor).

Очень важная для восстановления истории информация: если для многих участков генома общий предок относится к одному и тому же периоду, значит, в то время население было малочисленным. Чтобы это понять, представьте себе деревню: если вы наугад выберете там двух человек, они окажутся родственниками (имеющими недавнего общего предка) с большей вероятностью, чем если бы вы выбрали наугад двух индивидов в большом городе (даже без учета миграции). Таким образом, в небольшой популяции вероятность обнаружить недавнего общего предка выше.

Фрагмент фрески из Тассили. Алжир, около 6000 лет до н. э. (Музей человека, Париж)

Часть 3 Человек покоряет природу

10 тысяч лет назад Появление земледелия и скотоводства

Зачем упоминать об инновациях в рассказе о великих странствиях человеческого рода? Дело в том, что появление земледелия и скотоводства — не просто деталь в хронологии событий: около 10 тысяч лет до н. э. оно перетасовало географические карты. Прежде люди сотни тысяч лет были охотниками-собирателями. Они мигрировали из-за необходимости искать новые территории для охоты, рыбной ловли и собирательства, а также, конечно, из любопытства.

И вдруг все резко изменилось. Примерно 10 тысяч лет назад люди в разных уголках планеты независимо друг от друга начали одомашнивать природу: выращивать растения и разводить животных. Этот переход не был мгновенным, он растянулся на несколько тысячелетий. Кроме того, в разных местах он проходил по-разному. Так что на следующих страницах мы будем перескакивать во времени вперед и назад.