Книга: Энергия, секс, самоубийство

Сверим часы

Сверим часы

Митохондриальная ДНК годится не только для реконструкции человеческой предыстории. Она широко используется в криминалистике, особенно при идентификации человеческих останков. Этот метод тоже основан на допущении, что наследуется лишь материнская митохондриальная ДНК. Наверное, самый известный случай применения этого метода — это идентификация останков последнего российского императора Николая Второго, расстрелянного в 1918 г. вместе с семьей и слугами. В 1991 г. из могилы под Екатеринбургом были извлечены девять скелетов, в том числе, предположительно, скелет самого императора.

На помощь призвали генетиков. Оказалось, что митохондриальная ДНК предполагаемого императора не вполне соответствует митохондриальной ДНК его ныне здравствующих родственников. Как ни странно, в исследованном образце была обнаружена гетероплазмия. Решить вопрос позволила эксгумация тела младшего брата императора, великого князя Георгия Романова, умершего от туберкулеза в 1899 г. Великий князь и последний российский император должны были унаследовать от матери идентичную митохондриальную ДНК, и полное соответствие позволило бы точно сказать, что останки принадлежат Николаю Второму. Соответствие действительно оказалось полным: великий князь тоже был носителем гетероплазмии.

Этот случай привлек внимание общественности к практической пользе митохондриального анализа, однако поднял и несколько щекотливых вопросов, например, как часто встречается гетероплазмия? Она не всегда связана с «просачиванием» в яйцеклетку отцовской ДНК, причиной могут быть и митохондриальные мутации. Предположим, что в ДНК одной из митохондрий возникает мутация. Во время эмбрионального развития размножаются и мутантные, и нормальные митохондрии, а в результате взрослый человек имеет митохондрии с двумя типами ДНК. Это обычно замечают, только когда мутации вызывают болезнь, поэтому реальная частота встречаемости таких мутаций была неизвестна. Практическое значение этого вопроса для судебной медицины не вызывало сомнений, и за тему взялись сразу несколько исследовательских групп. Их результаты, хорошо согласующиеся друг с другом, удивили всех. Гетероплазмия встречается по крайней мере у 10, а возможно, у 20 % людей, и причиной, как правило, являются мутации.

Из этого следует два важных вывода. Во-первых, гетероплазмия встречается гораздо чаще, чем считалось раньше, а это заставляет по-новому взглянуть на «эгоистичную» митохондриальную модель пола. Если две конкурирующие популяции митохондрий счастливо уживаются в одном организме (в большинстве случаев не вызывая заболеваний), то слухи об их конфликте были явно преувеличены. Во-вторых, скорость митохондриальных мутаций оказалась гораздо выше, чем ожидалось. Попытки оценить ее, сравнивая последовательности дальних родственников, дали неоднозначные результаты, но есть основания полагать, что одна мутация случается примерно раз в 40–60 поколений, то есть раз в 800–1200 лет. Напротив, скорость дивергенции, подсчитанная на основании известных дат колонизации и ископаемых находок, дает примерно одну мутацию на 6000–12000 лет. Несоответствие огромно. Согласно более «быстрым» часам, «митохондриальная Ева» жила примерно 6000 лет назад. Это уже больше похоже на библейскую, а не на «африканскую Еву» (напомню, она жила 170 тысяч лет назад). Более поздняя датировка откровенно неверна, но в чем причина столь существенного расхождения?

Возможно, ответ может дать ископаемый человек, найденный в юго-западной Австралии близ озера Мунго в 1969 г. Эта находка — анатомически современный человек, предположительно живший 60 тысяч лет назад, — является источником самой старой известной митохондриальной ДНК. В 2001 г. австралийская группа ученых расшифровала ее последовательность. Результат поразил всех — ничего подобного у современных людей нет. Линия полностью вымерла[65]. Это заставляет серьезно задуматься. В частности, о том, что неандертальцев относили к отдельному (вымершему) подвиду на основании исчезнувшей митохондриальной последовательности, а теперь мы видим анатомически современного человека, с митохондриальной последовательностью которого случилось то же самое. Если следовать той же логике, то следует признать, что человек с озера Мунго тоже относится к отдельному вымершему подвиду, но, судя по его анатомии, ядерные гены у нас с ним общие. Надо полагать, между популяциями все же была некоторая генетическая преемственность. Простейший способ разрешить противоречие — это признать, что митохондриальная последовательность не всегда отражает историю популяции. Но тогда встает вопрос о том, насколько оправданны наши трактовки прошлого, основанные на одних лишь митохондриальных последовательностях.

Как все это могло быть? Представьте себе, что в Австралии обитала популяция анатомически современных людей. Предположим, что они переселились туда из Африки менее 100 тысяч лет назад. Потом там появилась другая популяция, и две популяции в ограниченной степени скрещивались. Если мать из новоприбывшей популяции спаривается с отцом-аборигеном и у них рождается здоровая дочь, то ее митохондриальная ДНК будет на 100 % «новой» (при условии, что рекомбинации нет), а ее ядерные гены будут на 50 % «аборигенными». Если больше ни у кого не будет непрерывной линии дочерей, и женщина со смешанными генами даст начало новой популяции, то аборигенная митохондриальная ДНК исчезнет, но, по крайней мере, некоторые аборигенные ядерные гены сохранятся. Иными словами, скрещивание не противоречит возможности вымирания определенной линии митохондриальной ДНК, и, пытаясь реконструировать историю на основании одной только митохондриальной ДНК, мы рискуем ошибиться. То же самое относится к неандертальцам. Их митохондриальной ДНК больше нет, но это не означает, что они сами бесследно исчезли (Ричард Докинз в «Рассказе предка» приходит к похожему выводу). Итак, такой вариант развития событий технически возможен, но насколько он вероятен? Он предполагает выживание единственной линии дочерей; неужели все аборигенные митохондриальные линии так просто вымирают?

Это не исключено. Я уже упоминал, что митохондриальная ДНК — это что-то вроде фамилии, а фамилии вымирают. Это впервые показал викторианский энциклопедист Френсис Гальтон в книге «Наследственный талант» (1869 г.). Видимо, средняя «продолжительность жизни» фамилии составляет всего лишь около двухсот лет. Около трехсот английских семей утверждают, что ведут свой род от Вильгельма Завоевателя, но ни одна не может доказать, что он не прерывался по мужской линии. Все пять тысяч дворянских родов, перечисленных в «Книге страшного суда[66]» (1086 г.), уже исчезли, а средняя продолжительность существования наследственного титула в Средние века составляла три поколения. В Австралии перепись населения 1912 г. показала, что половина детей происходят всего от одной девятой доли мужчин и одной седьмой доли женщин. Как подчеркивает австралийский специалист по репродуктивному здоровью Джим Камминс, успех размножения крайне неравномерно распределяется в популяции — большинство линий вымирают. То же самое относится и к митохондриальной ДНК.

Что это? Нейтральный дрейф? Или здесь просматривается действие естественного отбора? Ископаемые с озера Мунго снова подсказывают нам ответ. В 2003 г. Джеймс Боулер (один из тех, кто 1969 г. обнаружил эти ископаемые) и его коллеги показали, что первые оценки возраста этих останков (60 тысяч лет) неверны. Новая датировка, основанная на значительно более полном стратиграфическом анализе, относится ко времени 40 тысяч лет назад. Это любопытно. Новая дата совпадает с периодом изменения климата, когда пересыхали озера и реки и значительная часть юго-западной Австралия превратилась в пустыню. Иными словами, «Мунго-линия» митохондриальной ДНК вымерла во времена меняющегося давления отбора.

Перед нами возникает призрак естественного отбора, действующего на митохондриальные гены. Согласно ортодоксальным взглядам, это невозможно. Если изменения генетических последовательностей накапливаются за тысячи лет, и все эти изменения можно проследить, сравнивая геномы современных людей, то естественный отбор не мог выбраковывать промежуточные варианты. Все мутации изменения были случайными, нейтральными. Однако такой подход не может объяснить несоответствие между высокой частотой мутаций и низкой скоростью дивергенции, то есть эволюции. А вот естественный отбор может. Если быстро эволюционирующие линии элиминируются естественным отбором, то линии, которые выжили, должны иметь более низкую эволюционную изменчивость. Я уже говорил, что не нужно путать высокую частоту мутаций с высокими темпами эволюции. Это тот самый случай. Частота мутаций высокая, а эволюция идет более медленными темпами, потому что некоторые мутации имеют отрицательные последствия и выбраковываются отбором.

В случае ископаемых останков с озера Мунго вымирание линии митохондриальной ДНК можно было бы объяснить действием естественного отбора, проблема только в том, что это идет вразрез с доктриной. Но, может быть, доктрина все же ущербна? На самом деле, в последнее время появились убедительные данные в пользу того, что естественный отбор все-таки действует на митохондриальные гены.