Успехи генетики

В последнее время много говорится о значительных достижениях в восстановлении древней истории Homo sapiens и его ближайших «родственников» такой науки, как генетика. Эти достижения стали возможны в результате выявления еще в середине ХХ века ведущей роли ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в передаче наследственной информации. Эту информацию, как выяснилось, передают определенные участки ДНК – гены, которые (вместе с другими функциональными молекулами) определяют развитие, рост и функционирование организма. Расшифровка структуры (секвенирование) ДНК стала одним из поворотных моментов в истории биологии и других смежных наук – в том числе и палеоантропологии.

С помощью своеобразных «меток», которые оставляют мутации на различных участках так называемой мтДНК (митохондриальной ДНК) и Y-хромосомы (представляющей собой тоже большую ДНК), стало возможным восстанавливать родословную современного человека вплоть до весьма древних времен. Такие исследования начали проводиться еще в 1980-х годах, но настоящий прорыв произошел ближе к концу ХХ века благодаря развитию компьютерной техники, позволяющей проводить быстрый анализ огромного количества информации, что требуется в данных исследованиях.

А в 2005 году Национальным географическим обществом США при поддержке компании IBM был начат грандиозный исследовательский проект, задачей которого являлось собрать не менее ста тысяч образцов ДНК типичных представителей народов или племен, история которых считается известной по данным этнографии, истории и археологии. Главная цель этого проекта – уточнить пути миграций человечества по Земле, сравнивая структуру ДНК разных людей. И ныне средства массовой информации с завидной регулярностью снабжают нас новыми открытиями в области сравнительной генетики.

 

Рис. 139. ДНК – носитель наследственной информации

 

Что же удалось выяснить генетикам?..

В совокупности с палеоантропологическими находками результаты генетических исследований дают следующую картину.

Сравнительный анализ мтДНК и Y-хромосом современных людей показал, что человечество происходит от небольшой популяции, жившей в восточной Африке 160-200 тысяч лет назад. На основе генетических и археологических данных удалось восстановить пути расселения Homo sapiens и примерную хронологию событий.

Предковая популяция нашего вида, судя по результатам анализа мтДНК, жила в Восточной Африке более 160 тысяч лет назад. Самые древние ископаемые остатки анатомически современных людей обнаружены именно в этом районе и имеют как раз примерно такой возраст. Они были открыты в 1967 году на юге Эфиопии близ селения Кибиш у реки Омо Ричардом Лики и ныне датируются возрастом 195 тысяч лет.

(Заметим в скобках, что результат первых радиоуглеродных датировок находок был «старше 40 тысяч лет». Это означало просто-напросто, что кости слишком древние для радиоуглеродного анализа. По соотношению изотопов Th²³⁰/U²³⁴ в раковинах нильских устриц, которые были найдены чуть выше человеческих костей, был определен возраст 130 тысяч лет, но эта датировка признавалась очень ненадежной даже ее авторами. Позднее было проведено датирование двух слоев вулканического пепла, один из которых расположен непосредственно под слоем с находками, а другой – значительно выше. Возраст нижнего слоя, определенный по соотношению изотопов аргона, оказался равным 196±2 тысячи лет, верхнего – 104±1 тысяча лет. Принятое же ныне значение основано на сравнительной стратиграфии с осадочными накоплениями в устье Нила – более чем за тысячу километров от места находок. Впрочем, на реальных погрешностях методов датировок мы уже останавливались.)

Скрупулезное изучение костных останков подтвердило, что их обладатели были «анатомически современными» людьми, то есть бесспорными представителями вида Homo sapiens, но с отдельными «архаичными» чертами, которые сближают их с неандертальцами. Эти древнейшие Homo sapiens в культурном отношении ничем не превосходили современных им ранних неандертальцев из Европы. У тех и других была примерно одинаковая каменная индустрия. Никаких характерных признаков «подлинно человеческой», сколь-нибудь «духовной» культуры у людей из Омо обнаружено не было.

 

Рис. 140. Ричард Лики и Пол Абелл разглядывают череп Омо II

 

Первую попытку выхода из Африки Homo sapiens предпринял около 115-135 тысяч лет назад (это – по археологическим данным, генетики по этому поводу ничего не говорят). Однако дальше региона Передней Азии он так и не продвинулся, и следы его тут вскоре исчезают.

Вторая попытка сапиенсов выдвинуться за пределы африканского континента состоялась примерно 85-90 тысяч лет назад через Аравийский полуостров. Попытка оказалась более успешной – от этой небольшой группы «эмигрантов» впоследствии произошло все внеафриканское человечество. И прежде всего сапиенсы двинулись на восток – вдоль южного побережья Азии.

Около 74 тысяч лет назад произошло грандиозное извержение вулкана Тоба на Суматре – территория современной Индии и Пакистана покрылась слоем пепла в несколько метров. Извержение привело к резкому похолоданию, продлившемуся почти тысячу лет. Популяция людей резко сократилась.

Примерно этим же временем датируются и первые находки, указывающие на зарождение «подлинно человеческой» духовной культуры. Эти находки относятся к ранее упоминавшейся стилбейской культуре в Южной Африке, датируемой возрастом 71-72 тысячи лет назад. Здесь обнаружены остатки украшений из продырявленных раковин и мастерская по изготовлению красок.

Местные обитатели использовали твердые камни для растирания желтой и красной охры. В полученный порошок добавляли уголь и толченое губчатое вещество костей, готовую смесь складывали в раковины морских моллюсков и размешивали костяными палочками. Такая сложная деятельность свидетельствует о развитой способности к планированию и высоком уровне культуры. Однако, как уже говорилось ранее, эта культура не получила дальнейшего развития.

 

Рис. 141. Наборы инструментов для производства красок из пещеры Бломбос

 

Между тем расселение сапиенсов продолжалось. Из Юго-Восточной Азии одна группа продвигалась на север вдоль побережья Тихого океана, другая проникла в Австралию, а третья почему-то повернула назад и – через опустошенные при извержении вулкана Тоба Индию и Пакистан – двинулась в сторону Передней Азии.

Следующим важным моментом стал приход сапиенсов в Европу, занятую неандертальцами, и постепенное ее заселение, хронология которого определялась учеными на основе радиоуглеродного датирования (см. ранее о применимости этого метода). Это заселение шло двумя путями – вдоль Средиземноморского побережья и по долине Дуная. Колонизация Центральной и Западной Европы происходила в период с 46 до 41 тысячи лет назад со средней скоростью продвижения 400 метров в год. Какое-то время сапиенсы проживали здесь совместно с неандертальцами – в большинстве районов не более 6 тысяч лет. Конец заселения Европы примерно совпадает с началом эпохи Ориньяк, когда появляется пещерная живопись – 41 тысячу лет назад.

В самую последнюю очередь Homo sapiens освоил американские континенты. По разным оценкам, самые первые люди проникли на северо-восток Северной Америки примерно 16-22 тысячи лет назад и двинулись на юг, постепенно заселяя все новые местности…

 

Рис. 142. Расселение сапиенсов по планете, по результатам исследований мтДНК

 

«В 1997 году группа генетиков, возглавляемая М.Крингсом, осуществила весьма интересный эксперимент, практически открывший новую эпоху исследований в области антропогенеза. Ученым удалось выделить митохондриальную ДНК (мтДНК) из древних минерализованных фрагментов скелетов ископаемых гомининов. В первую очередь всех интересовал вопрос генетических взаимосвязей неандертальского и современного человека. Для его решения дюссельдорфского неандертальца решили сравнить по параметрам мтДНК с современным человеком. Это был шаг в неведомое, и от него можно было ожидать чего угодно, но тем не менее результат поразил исследователей. Оказалось, что разница между неандертальцем и средней выборкой современного человечества просто огромна: она более чем в 3 раза превышает генетическое расстояние между любыми двумя расовыми группами современного человечества» (А.Зубов, «Колумбы каменного века. Как заселялась наша планета»).

До этих исследований антропологические исследования склонялись к так называемой «гипотезе трансформации» (то есть превращению) неандертальца в современного человека. В 1965 году Б.Кэмпбелл даже предложил включить неандертальца в вид Гомо сапиенс в качестве подвида Homo sapiens neanderthalensis. А работы конца ХХ века подводили к заключению о близости родства неандертальцев с сапиенсами, хотя среди ученых были и скептики по отношению к подобным выводам. Однако результаты генетического анализа низвергли неандертальца с положения непосредственного предка современного человека. Так что ныне практически все антропологи считают неандертальца отдельным видом и полагают, что он был нашим далеким родственником, но не был предком.

В упомянутом эксперименте М.Крингса с митохондриальной ДНК стало возможным определить время расхождения ветвей неандертальского и современного человека. Результат поразил воображение исследователей – оказалось, что неандертальская ветвь отделилась от общего с Гомо сапиенс корня в период 555-690 тысяч лет назад…

 

Рис. 143. Неандертальца лишили звания предка современного человека

 

Немало информации дал сравнительный анализ генома человека и других приматов (шимпанзе и макаки резуса). Он в частности показал, что в ходе антропогенеза белок-кодирующие гены изменились довольно мало. Среди же тех генов, которые менялись под действием отбора, повышена доля генов, имеющих отношение к иммунитету, межклеточным взаимодействиям и передаче сигналов.

Из числа белок-кодирующих генов, которые заметно изменились в ходе эволюции, особый интерес представляет ген FOXP2, связанный с речью. Человеческий белок, кодируемый этим геном, отличается от своего аналога у шимпанзе двумя аминокислотами, что немало. При этом известно, что мутации в гене FOXP2 могут приводить к серьезным нарушениям речи. Это позволило предположить, что замена двух аминокислот как-то связана с развитием способности к произнесению членораздельных звуков.

Любопытно, что у неандертальца ген FOXP2, как недавно выяснилось, был точно такой же, как у современного человека. Это можно рассматривать как аргумент в пользу того, что неандертальцы владели речью хотя бы в каком-то виде.

Для генов ASPM и microcephalin обнаружены следы действия позитивного отбора, а эти гены связаны с развитием мозга. Например, белок ASPM замедляет превращение эмбриональных стволовых нейроэпителиальных клеток в нейроны. Иными словами, клетки – предшественники нейронов в присутствии ASPM успевают поделиться большее число раз, прежде чем превратятся в нейроны. Таким образом, закрепление мутаций в этих генах могло быть связано с увеличением размеров мозга.

Сравнение уровня активности 907 генов в клетках печени у людей, шимпанзе, орангутанов и макаков-резусов позволило выявить ряд генов, активность которых у человека резко повышена по сравнению с другими приматами. Среди этих генов 30% составляют так называемые транскрипционные факторы – белки, которые контролируют процесс синтеза мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты) на матрице ДНК. Для сравнения – среди генов, активность которых повышена у шимпанзе, транскрипционных факторов менее 5%. Вероятно, изменение активности генов-регуляторов сыграло большую роль в эволюции именно человеческой линии…