Люди
Что делает нас людьми? Откуда мы взялись? Почему мы такие разные? Еще лет десять назад на подобные вопросы отвечали лишь археологи и антропологи, но развитие науки, позволившее биологам сравнить ДНК Homo sapiens и других видов, включая наших вымерших ныне предков, раскрывает тайны происхождения человека.
Каждый вид живых существ — особенный, с уникальными характеристиками, отличающими его от прочих. Хотя нет сомнений, что мы, люди, обладаем чертами, не имеющими себе равных в сравнении с другими живыми существами на Земле, как, например, способность передавать знания посредством речи. Археологи утверждают, что наши предки научились изготавливать каменные орудия труда 2,6 миллиона лет назад, а между тем «анатомически современный человек» появился в Африке лишь 200 000 лет назад. Палеоантропологи утверждают, что культурные артефакты — к примеру, наскальная живопись — появились в Европе 60 000 лет назад, когда люди начали расселяться по планете.
Высшие приматы
Люди — не родственники приматов и не происходят от приматов, мы и есть приматы. Что отличает нас от ближайших родственников? Самый знаменитый пример — FOXP2, ген, повреждение которого создает проблемы с развитием речи у человека. В 2002 году немецкий генетик Вольфганг Энард обнаружил, что хотя FOXP2 почти идентичен у всех млекопитающих, его человеческая версия кодирует белки с двумя аминокислотными цепями. Когда подобные изменения были индуцированы у мыши, Энард увидел, как часть нейронной цепи, ответственная за моторные функции, удлинилась и обрела гораздо большую синаптическую пластичность. Вероятно, две белковые цепи являются адаптацией для выполнения более сложных задач.
ДНК шимпанзе была расшифрована в 2005-м, с целью открытия различий в наших геномах. Следом сравнили геномы гориллы, орангутанга и макак для контраста. Хотя параллельное сравнение геномов и обнаружило некоторые различия, определение критических для эволюции участков вызвало определенные трудности. Сопоставление нашего генома с геномом шимпанзе показывает, что, поскольку у нас общий предок, наша ДНК содержит 20 миллионов нуклеотидных замен (изменений в одной букве). Кажется, что это много, но на самом деле составляет лишь 0,6% всего генома в 3,2 миллиарда букв.
«Секвенирование древних геномов расскажет нам, почему из всех приматов только современный человек сумел расселиться по всей планете, до самых отдаленных уголков ее, и изменил мир» Сванте Паабо
Один из способов определить потенциально важную ДНК — это отметить участки, которые были утрачены. В 2011 году группа под руководством Джилл Беджерано и Дэвида Кингсли отыскала более 500 делеций (утрат) у человека сравнительно с другими приматами и две из них изучила детально. Одна — это утрата ген-усилителя для гена андрогенного рецептора, который имеет милый анатомический эффект — отсутствие крохотных косточек в пенисе. Усилитель также утрачен для GADD45G, гена, который сдерживает деление клеток в коре больших полушарий; вероятно, это позволяет человеческому мозгу увеличиваться в размерах.
Архаические различия
Все человекообразные — включая виды Homo и Australopithecus — относятся к гомининам, а гоминины, вымершие около полумиллиона лет назад, — это древнейшие люди. Самый знаменитый представитель их — неандерталец, первые свидетельства его появления датируются более чем 300 000 лет назад, а исчез он примерно 30 000 лет назад. Известно, что неандертальцы были крупнее и мускулистее современного человека, но и мозг у них был больше. В чем же оказалось преимущество Homo sapiens перед древнейшими людьми?
Технические проблемы, вроде наличия множественных примесей в образцах, довольно долго были проклятием для палеогенетиков, но в 2010 году группа генетиков под руководством шведа Сванте Паабо опубликовала расшифрованный геном неандертальца. Самое невероятное открытие состоит в том, что около 2% нашего генома близки геному неандертальца, — выходит, мы результат скрещивания своего вида и неандертальцев. В 2010 году в Сибири, в Денисовской пещере, был обнаружен фрагмент пальца человека неизвестного вида, геном которого был секвенирован и прочитан. Обнаружилось порядка 5% генетических совпадений с современными жителями южной части побережья Тихого океана.
Паабо считает, что современный человек не полностью вытеснил предшественников — первоначально межвидовое скрещивание предполагало «текучее замещение». Почти два миллиарда букв человеческого генома идентичны ДНК неандертальца и «денисовца». Например, изменения FOXP2, связанные с функциями мозга, произошли прежде отделения от древнейших людей. Мы отличаемся от древнейших предков на 32 000 изменений в одной нуклеотической паре, и исследования Паабо и Дэвида Рейха 2013 года показывают связь некоторых белков с ранним развитием коры головного мозга.
Современные вариации
По мере расселения человечество адаптировалось к разнообразным местным условиям, и в результате возникли те внешние различия между людьми, которые заметны сегодня. Логично предположить, что жители одного континента генетически близки между собой, но это вовсе не так. В 2010 году в рамках проекта «1000 геномов» были сопоставлены геномы 185 человек из двух африканских популяций и 184 генома из Европы и Китая. Обнаружилось около 39 миллионов позиций, где ДНК различались, и ни одной общей для всех африканцев и всех евразийцев.
Генетические различия в популяциях с широко распространенными общими признаками объясняются не различиями в аллелях, а взаимодействием между аллелями. Возьмем, к примеру, рост. У горошин в экспериментах Менделя длина определялась двумя аллелями в одном гене, но рост человека зависит от 180 участков ДНК как минимум. В 2012 году проект «Генетическое исследование антропометрических характеристик» (GIANT) установил, что 85 из 139 увеличивающих рост факторов распространены больше среди жителей Северной Европы, чем у южан.
Адаптация — это результат естественного отбора. По поводу многих признаков, вроде высокого роста, мы, возможно, никогда не сможем точно сказать, сформированы они окружающей средой или выбором партнера. А некоторые признаки очевидны. Например, вариант гена G6PD обнаружен у одной пятой населения в районах, где распространена малярия, что обеспечивает 50-процентный иммунитет к паразитарным инфекциям. Или, к примеру, цвет кожи: изменения гена SLC24A5 связаны со светлой пигментацией и распространены в Европе. Как же соединяются все эти вариации, создавая уникальное человеческое существо? На этот вопрос генетики рассчитывают ответить в течение следующего десятилетия.
Неповторимость
На уровне ДНК все люди невероятно одинаковы: 99,9% пар нуклеотидов у произвольно взятых людей идентичны. Но эти цифры мало что говорят о генетических особенностях, аллелях, которые определяют нашу уникальность. Какова роль биологов в понимании генетической индивидуальности? Один способ - перенести человеческие аллели мышам, как получилось с геном EDAR (рецептор эктодисплазина), где аллель 370А отвечает за густые волосы и заостренные зубы. Этот аллель присутствует почти у 100% азиатов и появился в Китае примерно 30 000 лет назад.
В 2013-м группа Брюса Моргана и Пардиса Сабети вывела трансгенную мышь, обладающую 370А. Помимо густой шерсти животные отличались и другими признаками, включая дополнительные потовые железы. Обследуя китайцев-ханьцев, Морган и Сабети выяснили, что и у людей 370А ассоциирован с большим количеством желез. Однако мышиная модель понимания функций действует не для всех аллелей, поскольку на ген влияет его «генетическое прошлое» - ген может не взаимодействовать с ДНК мыши таким же образом, как в теле человека. Еще один способ - внедрение гена в стволовую клетку, выращенную в лаборатории, но эта ткань тоже изолирована от тела. В принципе, такой подход можно использовать для изучения древнейших людей типа неандертальцев.
Семейство высших приматов
Эволюционное древо демонстрирует отношения между высшими приматами. Среди его ветвей живущие ныне представители семейства, чьи геномы уже расшифрованы, плюс два вымерших вида - неандертальцы и «денисовцы», - чья ДНК тоже секвенирована. Цифры указывают примерное время видообразования (в млн лет назад).