Адам и Ева с точки зрения генетика

Константин Северинов, специалист в области молекулярной биологии, объясняет, как лингвисты помогли биологам узнать, откуда происходит человечество, кто такая митохондриальная Ева и встречалась ли она с Адамом

Записала Юлия Богатко

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы

© The Metropolitan Museum of Art

Генетическое имя

Для того чтобы анализировать, откуда происходят люди, можно использовать, как ни странно, не генеалогические, а лингвистические подходы — процедура поиска корня ныне живущих людей и вообще жизни на Земле очень похожа на процедуру определения корня каких-нибудь современных языков, принадлежащих к одной группе.

Каждый отдельный человек — живущий сейчас или живший ранее, — с точки зрения генетики может рассматриваться как очень длинный текст. Этот текст — наш с вами геном. Это генетическое послание состоит из простого языка — языка дезоксирибонуклеиновой кислоты, алфавит которой содержит всего четыре буквы: A, G, C и T. С помощью этих букв составлен текст длиной примерно в три миллиарда букв, выстроенных в определенном порядке. В этом тексте на генетическом языке написано, что это, например, Костя Северинов или еще кто-нибудь. Три миллиарда букв — это очень много, столько букв содержалось бы в книге в тысячу раз более объемной, чем «Война и мир».

Очевидно, что все мы не только более или менее похожие, но и разные. Разница эта связана с тем, что среди трех миллиардов букв, составляющих геном каждого конкретного человека, есть некоторое число отличий. Количество таких «опечаток» между любыми двумя человеческими индивидуумами приблизительно составляет 0,1 % от общего количества букв. То есть между двумя конкретными индивидуумами разница будет примерно в трех миллионах положений.

Африканское происхождение человека

Если мы возьмем генетический текст, в котором написано, что это, например, шимпанзе, то там тоже будет порядка трех миллиардов букв, но количество различий между средней шимпанзе и средним человеком будет не 0,1 %,
как между людьми, а 1 %. Тем не менее в целом текст все равно очень похожий. Генетический текст других млекопитающих будет отличаться больше, но все равно будет очень похож на наш.

Сейчас ежедневно определяются геномы различных организмов
и сравниваются друг с другом. Подход идентичен тому, как лингвисты ищут корень, допустим, славянских языков. Они сравнивают языки и выделяют наиболее похожие. Так, украинский больше похож на русский, чем каждый
из них в отдельности похож на чешский. Таким образом выстраиваются родовые деревья, на которых в виде веток показаны языки, выходящие
из общего корня, и чем ближе друг к другу ветки, тем ближе языки, которые обозначены этими ветками. Генетики тоже строят такие деревья, и интересным образом оказывается, что генетическое дерево жизни имеет один корень.

Сравнивать генетические тексты людей удобнее, если использовать небольшие участки ДНК длиной в несколько тысяч букв, которые находятся в специальных органеллах наших клеток, называемых митохондриями. Митохондрии и ДНК, находящиеся в них, передаются только по материнской линии. То есть мы получаем свои митохондрии от матери, наши матери получают их от своих матерей и так далее. Если мы начнем сравнивать эти тексты, выяснится, что наибольшее разнообразие митохондриальных ДНК, наибольшее количество «опечаток» в этих похожих текстах концентрируется в Африке, где-то там, где современная Эфиопия. То есть там люди наиболее разнообразны. А в Америках, Европе, Азии, Австралии и Океании они больше похожи друг на друга — часто сильнее, чем жители соседних африканских деревень.

Самое простое объяснение этому неожиданному факту состоит в том, что древние люди исходно жили и эволюционировали (то есть становились более разнообразными и приобретали мутации-опечатки в своей ДНК) в Африке,
а потом некоторые небольшие группы этих людей, составлявшие лишь малую часть общего разнообразия, вышли (а может, были изгнаны) из исходного места обитания и в конце концов распространились по планете, заселив сначала Европу, потом Азию и Океанию, а затем и Америки.

Более тщательный анализ показывает, что таких исходов из Африки было несколько. Постепенно потомки этих выходцев изменялись и накапливали дополнительные мутации-опечатки. Но все равно они все как группа представляли лишь небольшое подмножество всего того генетического разнообразия, всех тех опечаток, которые вышли из исходного места. С другой стороны, те опечатки, которые приобретали переселенцы, в самой Африке отсутствовали — ведь вероятность независимого получения одной и той же опечатки очень мала.

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы

© The Metropolitan Museum of Art

Какой была Ева

То, что мы все родом из Африки, не подлежит никакому сомнению, а вот точный ответ на вопрос, когда произошел этот исход или исходы, не вполне ясен. Но в любом случае переселение началось не раньше, чем сто пятьдесят тысяч лет назад. Эта оценка получена с помощью концепции митохондриальной Евы, которая сама по себе не имеет отношения к тому факту, что мы все из Африки, но утверждает, что все митохондрии и митохондриальные ДНК живущих ныне людей сводимы к одной-единственной женщине, жившей в Африке около ста пятидесяти тысяч лет назад.

Как уже сказано, митохондрии наследуются по материнской линии, то есть митохондрию и мальчикам, и девочкам дает только мама. Проделаем небольшой мысленный опыт: посмотрим на все множество людей, которые живут сейчас на планете, — у каждого мужчины и каждой женщины, безусловно, была мама, и несложно понять, что количество мам, которые произвели на свет всех людей, меньше, чем количество людей, которые сейчас живут. Переходя так от каждого поколения к предыдущему, мы будем постепенно сокращать количество матерей, необходимых для того, чтобы произвести на свет следующее поколение, и, двигаясь по такому конусу, мы очень быстро придем к тому, что должна была существовать одна и только одна женщина, — это и есть так называемая митохондриальная Ева, митохондрия которой послужила источником всех живущих ныне людей, и жила она сто пятьдесят тысяч лет назад.

Конечно, мы не знаем, какая она была, эта Ева, но знаем, какая у нее была митохондриальная ДНК, какая была последовательность ее ДНК, так же как знаем про праиндоевропейский язык не потому, что на нем кто-то говорит сейчас, а потому, что его можно восстановить из современных языков, из него происходящих. Важно понимать, что Ева отнюдь не была единственной женщиной своего времени и вообще ничем не выделялась среди своих современниц. Она не была ни более красивой, ни более сексуальной, продуктивной или умной, чем другие женщины ее времени. Все, что мы знаем, — что у нее было как минимум две дочери, и у одной из дочерей произошла ошибка, опечатка в митохондриальной ДНК, так что она стала отличной от митохондриальной ДНК сестры, и каждая из сестер оставила потомков женского пола, которые, в свою очередь, имели дочерей.

Встреча Адама и Евы

Естественным образом возникает вопрос о мужчине, к которому можно свести все человечество. Его называют, соответственно, Адамом. С ним возникает точно такая же ситуация: из школьного курса биологии мы знаем, что Y-хромосому мальчик может получить только от папы. И точно так же, как мы выводим Еву, можно вывести Адама. Это некий мужчина, который по прямой отцовской линии является источником всех Y-хромосом у всех ныне живущих мужчин. Но если посчитать, когда этот человек жил, то получается порядка пятидесяти тысяч лет назад. То есть Ева древнее, чем Адам. Объясняется это тем, что мужчина может иметь больше детей, чем женщина, что позволяет Y-хромосоме распространяться быстрее, чем распространяется митохондриальная ДНК. Адам тоже ничем особым не был славен, просто он является источником Y-хромосом всех живущих сейчас мужчин.

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы

© The Metropolitan Museum of Art

Одноклеточный предок

Вообще, Адамов и Ев, то есть основателей, можно найти для любого из примерно тридцати тысяч генов, которые есть у каждого из нас. Лишь крохотная часть этих генов находится на Y-хромосоме и в митохондрии. Основатели — может, правильнее их назвать общими предками — различных наших генов находятся на разных глубинах во времени. Общий предок наших генов, ответственный за некоторые группы крови, жил до того, как наши предки разошлись с обезьянами, то есть соответствующий Адам, назовем его Адамом резус-фактора, гораздо старше и Y-хромосомного Адама, и митохондриальной Евы. А есть гены, общий предок которых является предком всех форм жизни на Земле. Это одноклеточное существо жило около трех с половиной миллиардов лет назад, а зовут его LUCA (от англ. Last Universal Common Ancestor — «последний универсальный общий предок»). То есть все живые существа на планете имеют общий корень, а мы — родственники всего живого