Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом - Дэвид Райх

Работы с большой выборкой древней ДНК выглядят многообещающе и для оценки численности человеческой популяции в разные моменты прошлого. Для дописьменных эпох эта задача чрезвычайно трудна из-за отсутствия надежных данных. Но она тем не менее важна для понимания не только эволюции и истории, но и экономики и экологии. В популяции в сотни миллионов человек (как у сегодняшних хань) у случайно выбранной пары вряд ли найдутся общие сегменты ДНК, попавшие в геномы в последние сорок поколений, потому что в пределах этого периода выбранная пара наследует свою ДНК от совершенно разных предков. А теперь возьмем компактную популяцию (скажем, население Андаманских островов, составляющее по последней переписи меньше сотни человек): любая пара окажется более или менее близкими родственниками, и это будет видно по множеству общих фрагментов ДНК. Измеряя подобным же образом степень родства в парах англичан, ученые выяснили, что население Англии в последние несколько столетий насчитывало в среднем много миллионов11. А сейчас мы с Пьером Паламарой на основе этой методики продемонстрировали, что ранние фермеры Анатолии 8 тысяч лет назад были частью крупной популяции, более многочисленной, чем синхронные им охотники-собиратели юга Швеции, что, в принципе, ожидаемо, потому что сельское хозяйство может прокормить большее население. Я более чем уверен, что примерение этого подхода к древней ДНК даст полноценное представление об изменении численности популяций во времени.

Какие открытия в биологии человека обещает древняя ДНК

В области биологии человека древняя ДНК сулит не меньше открытий, чем в области человеческих миграций и смешений. Правда, если древняя ДНК уже проявила себя как мощный инструмент исследования популяционных сдвигов, то в сфере знаний о биологии человека она несколько поотстала. Ведь здесь необходимо отслеживать изменения частот мутаций во времени, а для этого требуются сотни образцов. На сегодняшний день выборка древней ДНК совсем невелика: единичные образцы на ту или иную культуру или цивилизацию. Именно в этом и кроется основная причина отставания. А если (или, лучше, когда) у нас появятся полногеномные данные тысячи европейских фермеров, живших сразу после неолитической аграрной революции? Тогда мы сможем посмотреть, как действовал на них естественный отбор, затем изучим, как отбор действовал на современных европейцев, и сравним результаты. Из сравнения станет понятно, насколько скорость и природа адаптаций изменились при переходе к сельскому хозяйству. Может быть, мы поймем, насколько темп естественного отбора замедлился в последнее столетие из-за достижений медицины, позволившей людям с неблагоприятными генетическими комбинациями выживать, заводить семью и оставлять потомство. Примеры подобных дефектов включают слабое зрение, которое можно полностью компенсировать очками, бесплодие, которое выправляется медицинским вмешательством, когнитивные проблемы, которые контролируются медикаментозно или с помощью психотерапии. Быть может, выведение всех этих признаков из-под действия естественного отбора приводит к накоплению в популяции ответственных за них мутаций12.

Действительно, по древней ДНК можно оценить темпы сдвига частот биологически значимых мутаций и на этой основе отследить эволюцию тех или иных важных признаков. Однако это далеко не все, что может предложить древняя ДНК. Она дает недоступный прежде инструмент для познания фундаментальных принципов действия естественного отбора. Один из важнейших вопросов в эволюции человека – это как идет адаптация: крупными скачками в единичных позициях в геноме (единичные мутации), как в случае пигментации кожи, или же за счет мелких сдвигов в частотах большого числа мутаций, как, например, в регуляции роста13. Очень важно понять соотношение двух этих возможностей, но, опираясь лишь на информацию, которую дает мгновенный срез времени, то есть на современность, сделать это весьма непросто. А с древней ДНК трудность оказывается преодолимой, ведь мы сможем выйти за пределы одного временного кадра.

Также крайне интересно изучать с помощью древней ДНК эволюцию патогенов человека. Когда анализируешь ДНК из древних останков, то иногда попадаются и ДНК микроорганизмов, которые были в крови умершего и с большой вероятностью послужили причиной смерти. Таким путем была выявлена древняя ДНК чумной палочки Yersinia pestis и доказано, что именно она вызывала эпидемии Черной смерти в XIV–XVII веках14, Юстинианову чуму в Римской империи в VI–VIII веках15, а также эндемичную чуму в евразийской степи пятитысячелетней давности, унесшую около 7 % населения (именно в такой доле степных погребений обнаружен данный патоген)16. Также по ДНК древних патогенов удалось отследить происхождение и историю проказы17, туберкулеза18, а для растений – историю паразитов, вызвавших Ирландский картофельный голод19. Из образцов древней ДНК, в особенности из фекалий и зубного налета, мы постоянно получаем информацию о внутреннем микробиоме, а значит, узнаем, что за пищу ели наши предки20. Но мы только-только начинаем разработки этой новой золотой жилы.

Укрощение революционной мощи древней ДНК

Революция ДНК разворачивается с невероятной, головокружительной скоростью. Технологии, которые сейчас в ходу и служат основой множества текущих публикаций, через несколько лет уже будут забыты. Специалистов по древней ДНК становится все больше, к примеру, моя лаборатория подготовила трех специалистов, уже открывших собственные лаборатории по анализу древней ДНК. Основная тенденция сейчас – узкая специализация. Первые исследователи в этой области большую часть времени проводили в дальних поездках, общаясь с археологами и местными властями, и возвращались в лабораторию с драгоценными образцами, которые подвергались молекулярному анализу. Так что экспедиции в разные экзотические места и лихорадочные поиски нужных костей были главным звеном научной деятельности. Второе поколение исследователей древней ДНК подхватило эту модель. Но другие, в том числе и я, тратят на поездки меньше времени, а больше сидят в лаборатории, совершенствуя лабораторные протоколы и методы статистической обработки данных, полученных от археологов и антропологов на равной партнерской основе.

Среди лабораторий по древней ДНК тоже начинается специализация. На текущий момент у всех нас, занятых в области древней ДНК, есть прекрасная возможность работать с образцами со всего мира и из различных временных интервалов. В этом смысле мы похожи на Роберта Гука, описавшего в книге “Микрография” невероятное множество чудесных крошечных форм, которые он увидел под микроскопом, или на исследователей конца XVIII века, доплывших до самых отдаленных уголков земного шара. Сейчас имеется лишь приблизительное представление об исторической, лингвистической, археологической основе тех вопросов, с которыми мы сталкиваемся в работе, но, чтобы идти вперед, нужно каждую тему понимать глубже, спрашивать конкретнее. Думаю, в следующие два десятилетия специалисты по древней ДНК появятся в каждой крупной организации, серьезно занимающейся археологией и антропологией, а может, даже историей и биологией. Эти эксперты будут работать по узким областям, например Юго-Восточной Азии или Северному Китаю, и перестанут перескакивать от Китая к Америке и от Европы к Африке, как это происходит у нас сейчас.