Русский генофонд на Русской равнине

Предположим, что у нас имеется множество полиморфных селективно-нейтральных генов. Это значит, что при оценке различий между популяциями по этим генам можно пренебречь двумя из четырех факторов микроэволюции — отбором и мутациями. Останутся лишь два фактора — дрейф генов и миграции. Для одного и того же генофонда измерим различия между одними и теми же его популяциями по каждому i-тому гену (аллелю). Тогда мы получим ряд оценок — F_ST(i). Это и будут оценки межпопуляционной изменчивости генофонда по ряду i-тых селективно-нейтральных генов. При этом мы обнаружим, что все оценки F_ST(i) колеблются случайным образом около величины некоей средней величины F_e. Эта величина и есть искомая оценка дифференциации генофонда. Она не зависит от отбора (поскольку гены селективно-нейтральны) и задана только селективно-нейтральными факторами микроэволюции: соотношением миграций М_е и дрейфа генов N_e. В общем случае эти факторы одинаково воздействуют на все гены генофонда. И именно поэтому все оценки F_ST(i) лишь случайным образом и недостоверно отличаются как друг от друга, так и от истинного уровня дифференциации генофонда — F_e. Поэтому, если мы рассчитаем среднее значение F_ST, то и его отличия от истинного уровня дифференциации F_e будут недостоверны: то есть F_ST≈F_e.

КАК «СНЯТЬ» ВЛИЯНИЕ ОТБОРА

Однако, возьмём теперь не гипотетические селективнонейтральные гены, а обычные полиморфные генетические маркёры, с которыми приходится на практике работать популяционной генетике. Тогда мы обнаружим, что наряду с недостоверными отклонениями F_ST(i) от F_ST≈F_e, есть и иные отклонения — неслучайные и достоверные. Для каждого такого i-того гена достоверные отклонения F_ST(i) от величины F_e (истинной дифференциации данного генофонда) вызваны действием отбора на этот ген. Поэтому возникает вопрос — сколько таких генов, для которых действие отбора столь велико, что достоверно отклоняет его оценку межпопуляционной изменчивости F_ST(i) от истинной величины F_e? Как соотносятся между собой гены, близкие к селективно-нейтральным, и селективно-значимые гены? Мы обнаружили при изучении генофонда и всей ойкумены, и отдельных регионов мира, что к селективно-значимым можно отнести лишь треть полиморфных классических маркёров [Балановская, Нурбаев, 1997; 1998а, б,в.; 1999]. К такому же выводу пришли и авторы, использующие совершенно иные методические подходы и иную панель маркёров, чем мы [Bowcock et al, 1991; Sanchez-Mazas et al, 1994]. Это указывает на объективность полученной оценки. Можно предположить, что столь большой (две трети генов) буфер относительно селективно-нейтральных генов и обеспечивает устойчивость равенства F_ST≈F_e. Именно благодаря тому, что буфер условно селективно-нейтральных генов столь велик, средние оценки F_ST оказываются не столь чувствительны к случайным колебаниям той или иной выборки генов, по которой мы рассчитали это среднее значение. Или иными словами — именно поэтому оценки F_ST≈F_e почти не зависят от того, каково в выборке соотношение генов, подверженных тому или иному типу отбора — стабилизирующего или же дифференцирующего (если, конечно же, выборка генов из генома велика и случайна по отношению к эффектам отбора).

Поэтому и оказывается, что если рассчитать средние значения (F_ST) по большой выборке генов, репрезентативно отражающей геном в целом, то получим искомый интегральный показатель генетического расхождения популяций вслед за возникновением в ходе их истории тех или иных границ. Благодаря случайности выборки генов из генома, такой показатель уже не зависит от неравной приспособленности аллелей к среде, а примерно соответствует (F_ST≈F_e) истинному показателю дифференциации генофонда F_e, зависящему только от исторически сложившихся параметров — генетически эффективного размера популяций N_e и генетически эффективных миграций М_е [Wright, 1943]:

F_ST≈F_e=1/(4N_eM+1)

Еще раз подчеркнём, что величина F_e указывает нам, какими должны быть различия между субпопуляциями в отсутствие отбора. Она отражает устойчивые демографические особенности данного генофонда — исторически сложившуюся структуру генных миграций М_е и размер популяций N_e. Таким образом, хотя на практике расчёт изменчивости генофонда проводится по генам, частично находящимся под действием отбора, но, включая в этот расчёт не один — два, а множество генов, удается «снять» действие отбора и оценить истинную дифференциацию генофонда. Эта средняя, объективная, селективно-нейтральная дифференциация генофонда уже не зависит от конкретных взятых в анализ генов, и задаётся не действием естественного отбора, а действием исторических факторов. Такой подход к «снятию» эффектов отбора тесно связан с концепцией «обобщённого гена».

§ 3. Картографический арсенал