Новый заставляет задуматься

В конце марта 2001 г. весь мир облетела радостная для антропологов весть о находке почти полного черепа нашего, как полагают, наиболее прямого предка, выделенного даже в особый род Kenyaanthropus. Название указывает на то, что находка была сделана в Кении, вот уже более полувека являющейся «вотчиной» семейства Лики. На этот раз автором научной сенсации является 29-летняя Луиза, дочь знаменитых Ричарда и Мив Лики. Отец Ричарда – «Лики I» – совершил в середине XX в. самую настоящую революцию в антропологии, доказав, что наши предки как минимум в десять раз старше полумиллиона лет – времени эволюции человека по оценке Дарвина. Сенсационная находка, сделанная представителем третьего поколения Лики, была описана в середине марта в Nature, одном из наиболее престижных научных журналов, и с ее значимостью для мировой науки согласился даже Дон Джохансон, долгие годы не находивший общего языка с семейством Лики.

Напомним, что экспедиция Джохансона в 1974 г. обнаружила на берегах эфиопской реки Афар почти полностью сохранившийся скелет африканского австралопитека (Australopithecus africanus), получивший имя Люси.

Джохансон довольно долго оспаривал у Лики пальму первенства в открытии наших прямых предков не только в научной печати, но и в телевизионных диспутах. Ричард Лики вполне справедливо указывал на то, что Люси не является представителем прямой линии, ведущей к современному человеку, а относится к австралопитекам, или «южным обезьянам», которые, как и развивавшиеся параллельно им парантропы, «окололюди», окончательно вымерли около 1 млн лет назад, не оставив никаких потомков. Правда, Лики был вынужден согласиться с Джохансоном в том, что Люси на полмиллиона лет старше открытого им человека умелого, Homo habilis, который делал великолепные каменные орудия.

И вот новое открытие, которое показало, что спор тем жарче, чем меньше доказательств. Теперь Джохансон сразу признал правоту Лики.

Линия H.sapiens в эволюции начиналась с неких обезьяноподобных ардипитеков, которые жили 4,5 млн лет назад. Ардипитек Limnopithecus anamensis был найден неподалеку от кенийского города Ломекви в августе 1999 г. Новый род кениантропов, которому он дал начало, жил примерно 3,2–3,5 млн лет назад. Его представители были «антропами», то есть предками человека, а не «питеками», то есть человекообразными обезьянами.

По мнению Лики, потомки кениантропов, H.rudolfensis, жили по берегам озера Рудольфа (сейчас – озеро Туркана) около 2 млн лет назад. Почти полный скелет молодого H.rudolfensis был найден в 1984 г. Помимо всего прочего, H.rudolfensis отличался от кениантропа значительно большим мозгом.

Эволюционными ветвями H.rudolfensis были H.habilis, «человек умелый», и H.erectus, «человек прямоходящий». Кто из них был предком современного человека, пока остается загадкой, для ответа на этот вопрос необходимо больше фактического материала.

Почему же Джохансону пришлось признать правоту своего оппонента? Дело в том, что новый кениантроп, K.platiops («плосколицый»), имел плоское лицо, типичное для людей. Его коренные зубы (моляры) были меньше, чем у Люси, а это означает, что, в отличие от Люси, которая питалась корнями и травой с жесткими растительными волокнами, кениантроп ел плоды и ягоды, а также, подобно современным шимпанзе, ловил насекомых. Судя по размерам черепной коробки, мозг кениантропа был как у шимпанзе.

 «Раньше наука имела лишь одного кандидата на нашего прямого предка, – сказала Мив Лики на пресс-конференции в Вашингтоне. – Теперь их два. И я бы не утверждала, что наш кандидат лучше, это просто еще один кандидат. Лично я верю в то, что мы вскоре найдем других». Джохансон добавил, что видов-претендентов стало значительно больше.

Для определения возраста находок используются различные методы. В частности, зная частоту мутаций, можно оценить относительный возраст, или время расхождения видов, по различиям в первичной структуре сходных белков или непосредственно в геномах.

Сравнение гемоглобинов шимпанзе и человека показало существование различий в порядке аминокислот. Зная приблизительный эволюционный возраст вида шимпанзе, ученые рассчитали время появления ветви людей. Результат просто поразил их: получалось, что человек как род эволюционирует уже на протяжении 5 млн лет, то есть в 10 раз дольше, нежели считал Дарвин!

Вскоре анализу стали подвергать не белки, а непосредственно гены, которые несут более подробную информацию об эволюционной истории организмов. Сначала сравнивали ДНК-отпечатки, с помощью которых сегодня проверяют отцовство и идентифицируют личности. Потом появилась знаменитая полимеразная цепная реакция, или ПЦР, позволяющая снять сколько угодно копий с определенного участка ДНК, что намного облегчило анализ.

Наиболее распространенным источником ДНК для подобного рода анализов является материал из генома митохондрий, размер которого достигает 16,5 тыс. пар нуклеотидов. Так же часто используют ДНК из мужской половой Y-хромосомы, имеющей устойчивые маркеры, по которым можно достаточно надежно сверять сходство строения генов разных людей.

Преимущество такого выбора состоит в том, что митохондриальная ДНК передается только по материнской линии (с цитоплазмой яйцеклетки), а Y-хромосома передается только от отца к сыну, или по мужской линии. Это дает возможность сравнивать женскую и мужскую линии эволюции человека, т.е. искать на молекулярном уровне Адама и Еву. Первый подобный анализ был проведен в середине 1980-х гг. и дал поразительный результат: наша антропологическая праматерь Ева жила в Африке 140–200 тыс. лет назад.

Тогда более точно определить дату было невозможно, поскольку скорость мутирования ДНК митохондрий приходилось оценивать предположительно: люди африканского происхождения имеют больше мутаций в ДНК по сравнению с белыми, но неизвестна точка отсчета для африканцев. Поэтому первые результаты и имели 50%-ный разброс. Оставалось ждать создания более точных методов определения нашей эволюционной истории...

Расшифровка генома человека резко повысила интерес к его происхождению и выявлению биологических механизмов эволюции. Широкомасштабно идет работа по прочтению генома шимпанзе как самого близкого к нам вида человекообразных обезьян. Достаточно сказать, что мы отличаемся друг от друга всего лишь 1% генов.

Как более древний вид, шимпанзе отличается более вариабельным геномом, в нашем геноме мутаций значительно меньше, а именно – в 4 раза.

Однако геномная гомогенность или гетерогенность определяется не только возрастом, но и еще одним фактором. Сванте Паабо, руководитель Института эволюционной антропологии в Лейпциге, отмечает: «Гомогенность генома вида H.sapiens показывает, что наш вид произошел от очень небольшого числа «основателей», а современные человекообразные обезьяны суть потомки гораздо больших популяций».

Чтобы пояснить, что имеется в виду, приведем несколько примеров. Общеизвестно, что буры Южной Африки являются потомками бежавших от голода фризов и фламандцев, живших некогда на территории нынешней Голландии. Буры не заключали браков с зулусами и жили очень изолированно. Подобная генетическая изоляция вела к довольно быстрому накоплению генетического «груза». Например, известна такая мутация, как «порфирия», которая проявляется в кожных кровоизлияниях. В тяжелых случаях она смертельно опасна. Так вот, из-за изоляции частота порфирии у буров в 1 млн раз выше, нежели у голландцев.

Вспомним знаменитых амишей в штате Пенсильвания на Атлантическом побережье США. Эти выходцы из Нидерландов, принадлежащие к секте меннонитов, переселились в США в XVIII в. из-за религиозных преследований у себя на родине. Сейчас их насчитывается около 90 тыс. человек. Они ведут замкнутый образ жизни, сохраняя традиции XVIII в. – до сих пор используют одежду без пуговиц (с крючками и петлями), не имеют машин, телефонов, радио и т.п. Следствием их изоляции является высокая частота маниакально-депрессивного психоза по сравнению с остальным населением страны. Или другой пример – болезнь Альцгеймера в израильском анклаве Вади-Ара встречается на 20% чаще, чем в среднем по стране.

Итак, мы ведем наше происхождение из Африки, причем, похоже, волны миграций наших предков охватывали весь остальной мир не единожды (достаточно вспомнить яванского человека и синантропа, а также находку вполне «человеческого» черепа в Грузии). Но больше всего нас интересует последний «исход», именно его мы связываем с происхождением современного человека. И здесь молекулярная биология сказала свое веское слово.

В конце прошлого года с месячным интервалом журнал Nature опубликовал две фундаментальные работы о миграции человека из Африки и его распространении по всему миру. Статьи ценны тем, что в качестве материала для анализа были взяты образцы ДНК из митохондрий и Y-хромосомы.

Начнем с Y-хромосомы. Анализ проводили ученые восьми стран, которые обследовали 1062 человека из различных районов мира. В ДНК Y-хромосомы было выделено 167 определенных участков-маркеров, по которым и шло сравнение. Совокупность изменений в маркерах отражает «молекулярную историю» миграции человека. Анализ выделил 22 «пункта назначения» движения миграционных волн, что дало возможность построить генеалогическое древо рода человеческого. Помогало в этом, в частности, наличие уникальных групп маркеров, характерных, например, только для Японии, которая сохранила древнюю генетическую память благодаря своей географической изоляции и историческому изоляционизму, когда правители просто пресекали какие бы то ни было контакты своих подданных с иноземцами.

По данным молекулярной биологии, самые древние люди жили в Судане и Эфиопии (там, где Джохансон нашел Люси). Затем вышедшие из Африки люди «постояли» на Ближнем Востоке, после чего разделились на две группы: одна пошла в Европу, где одними из самых древних были, по-видимому, баски, заселившие затем Юго-Западную Ирландию, а другая – через Азию и Чукотку попала в Америку, дав начало развитию разных племен индейцев.

Череп кениантропа и его местоположение среди разных видов и родов, предшествовавших происхождению современного человека. Ардипитек – наиболее ранний из известных гоминид, или человекообразных. Он родственен австралопитекам, в частности A.anamensis, живших в Кении около 4 млн лет назад. Считается, что А.anamensis являлся своеобразным общим звеном, через которое шла рамификация-радиация разных направлений эволюции: австралопитеков с Люси в качестве наиболее известного представителя, которые «выродились» в конечном итоге в парантропов, а также кениантропов, развитие которых в конечном итоге привело к производящему орудия H.habilis («умелый») и H.erectus («прямоходящий»). Несет ли H.erectus в себе гены H.habilis, еще предстоит выяснить, но так или иначе от него произошел неандерталец, просуществовавший на Земле в 10 раз дольше вида H.sapiens, а затем и H.sapiens.

Внизу указан масштаб времени в миллионах лет

Довольно молодо население современной Центральной и Южной Африки. А в Азии одна волна заселила Индию и Пакистан, а другая ушла в Китай и Индокитай. При этом население Японии оказалось древнее китайцев и тайваньцев. Довольно молоды популяции хунхузов в Маньчжурии, а также народности, населяющие Центральную Азию и Сибирь.

Спор вызвал возраст австралийских аборигенов и папуасов Новой Гвинеи. Но об этом несколько позже, а пока приведем комментарий научного редактора журнала Nature: «Историческая популяционная генетика, или археогенетика, представляет собой квантовый скачок в нашем понимании генеза (происхождения) современного человека. Важно также и то, что ДНК для анализа получена от ныне живущих людей, а не от редких и часто неполных ископаемых останков».

Возраст волны миграции современного человека авторы определили в 40–50 тыс. лет. Почему же Ева была намного старше? Вероятно, можно говорить об ошибке метода. С другой стороны, высказывается предположение, что молекулярные мутации в женском геноме произошли раньше. Но это вопрос будущих исследований.

Другая группа ученых проанализировала все 16,5 тыс. нуклеотидных пар митохондриальной ДНК 53 добровольцев из разных языковых групп и пришла к сходным результатам, выделив четыре основных «ветви». Из них три наиболее древние ведут к индивидуумам африканского происхождения, четвертая же включает как африканцев, так и неафриканцев. Часть из древних неафриканцев дала начало популяциям, мигрировавшим в Европу и Азию. Другие «наследники» остались в Африке. Исход из Африки датируется учеными примерно в 52 тыс. лет.

Я уже собирался поставить точку в разделе молекулярной истории человечества и перейти к последней части этой статьи, как вдруг пришло еще одно сообщение на эту тему, на этот раз из Массачусетского технологического института (Бостон, США). Эрик Ландер, занимающийся генетикой и структурой ДНК, сделал в шотландском городе Эдинбурге сообщение на очередном заседании в рамках проекта «Геном человека». Ландер рассказал, что его сотрудники расшифровали последовательность ДНК 300 хромосом, взятых у шведов, жителей Центральной Европы, а также нигерийцев.

Анализ генетических различий показал, что рекомбинация генов в хромосомах африканцев осуществлялась намного интенсивнее, чем у европейцев. У последних наблюдаются длинные последовательности неперетасованных генов. Подобная ситуация возможна только в том случае, если европейцы произошли от небольшого числа хромосомных типов, которые обусловили менее значительный, чем у африканцев, генетический «микс», т.е. перемешивание генов. А это свидетельствует о том, что современные европейцы произошли от нескольких сотен (!) человек, пришедших из Африки всего лишь 25 тыс. лет назад.

Теперь, считает Ландер, для уточнения анализа необходимо провести сравнение хромосом у людей, живущих в самых разных точках мира. «Хромосомы – это учебник истории человека», – сказал он. Да, сегодня людей насчитывается 6 млрд, но генетические вариации показывают, что в скрещивании участвует всего лишь несколько десятков тысяч хромосомных типов и все мы чрезвычайно близкородственны друг другу. «Мы небольшой вид, который стал многочисленным буквально в мгновение ока», – добавляет Ландер.

Последние результаты датировки возраста генома указывают на то, что современный человек «вышел» из Африки довольно поздно. Это была чрезвычайно активная и агрессивная генерация, которая превосходила все более ранние волны в главном, а именно в развитии мозга. Можно сказать, что вся эволюция этой последней волны шла лишь в одном направлении – по пути увеличения функциональных способностей мозга.

Но увеличение размеров и функциональной активности мозга имело и свои негативные стороны, одна из которых – интенсивный энергообмен. Орган, масса которого составляет всего лишь 1,5% от массы тела, потребляет 20–25% такого энергоносителя, как глюкоза!

Не связано ли в таком случае прямохождение с тем банальным физическим фактом, что это наиболее эффективный способ охлаждения мозга, который окисляет неимоверные количества глюкозы? Аналогичную ситуацию мы наблюдаем и на примере с тестикулами, которые «выводятся» из тела, иначе клетки – предшественники спермиев гибнут от перегрева. Перегрев же возникает в силу того, что при образовании спермиев осуществляются два акта синтеза ДНК на клетку, а синтез идет при участии АТФ, ГТФ и других фосфатсодержащих метаболитов, при расщеплении которых половина запасенной энергии рассеивается как тепло.

Но завершим разговор о прямохождении, хотя было бы интересно посмотреть, когда возникли обуславливающие это качество гены. Отметим, что гены этого признака не всегда экспрессируются, как, например, у различных «Маугли». Следовательно, прямохождение тоже должно быть недавним приобретением.

Для рассматриваемой темы гораздо важнее вопрос, почему наши предки волнами мигрировали из Африки. Что заставляло их покидать это столь благоприятное местообитание? Ответ дают новейшие открытия. Одна из причин заключается в повышенном фоне инфекционных, в том числе вирусных, заболеваний. Можно сказать, что вирусы типа иммунодефицита и Эбола выгоняли наших предков с африканских просторов. Прибавьте сюда бактериальные заболевания, глистов, паразитов-простейших: трипаносому, вызывающую сонную болезнь, т.е. поражение мозга, а также малярийный плазмодий, также в 10–15% случаев поражающий мозг.

Косвенным подтверждением подобного взгляда является открытие оксфордских ученых, которые обнаружили, что ген пигмента феомеланина, ответственного за «рыжину» и веснушки, достался нам не от нашего непосредственного предка, а от... неандертальца. Возраст мутации, обусловившей рыжину, составляет 100–150 тыс. лет, т.е. она намного старше вида современного человека. А феомеланин, как указывают оксфордцы, защищает нас не только от рака, но также и от многих паразитарных заболеваний, т.е. является иммуномодулятором, что было крайне важно для сохранения такого «хрупкого» вида, как человек.

По-видимому, это единственный ген, доставшийся нам в наследство от неандертальцев. Но если в нашей генетической «памяти» не осталось других признаков неандертальцев, остается предположить, что кроманьонец просто вытеснил своего предшественника. Доказать это сегодня трудно, но при смешении древних рас современное человечество не было столь однородным генетически.

«Замещение» неандертальцев видом современного человека доказывается молекулярными исследованиями. Российские ученые недавно проанализировали ДНК, извлеченную из костей неандертальского ребенка, найденных в Межмайской пещере на Кубани. Радиоуглеродный анализ ископаемых останков показал, что захоронению 29 тыс. лет (буквально «накануне» последнего исхода людей из Африки). Вывод, сделанный учеными, был однозначен: ДНК неандертальца не сделала никакого «вклада» в геном современного человека. Не получили также наши ученые и данных в пользу «полицентрического» происхождения человека, т.е. возникновения его помимо Африки также и в Азии. Время расхождения между неандертальцами и нашими предками ученые оценивают в 600 тыс. лет.

Таким образом, достижения современной науки помогают решить вопрос о времени появления вида современного человека и прояснить, от каких обитавших где-то в Африке предков он произошел.

Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (США) опубликовал в начале 2001 г. статью Алана Торна из Национального университета в Канберре, который еще в 1995 г. начал выделять ДНК из костных останков человека, захоронение которого было найдено на берегу озера Мунго, расположенного в штате Виктория на самом юге Австралии. В 1999 г. три метода радиоуглеродного анализа определили возраст захоронения в 60 тыс. лет.

Торн выделял и определял последовательность нуклеотидов в митохондриальной ДНК, которую затем сравнивали с ДНК, выделенной из останков 9 других древних австралийцев «возрастом» от 8 до 15 тыс. лет, а также с генетическим материалом 3453 организмов из различных частей мира: шимпанзе бонобо, неандертальцами с Кубани и из Германии и нашими современниками.

Анализ ДНК позволил построить эволюционное древо, показывающее, что первыми в направлении современного человека «отщепились» шимпанзе, а затем неандерталец и Мунго-мэн. Торн считает, что H.erectus вышел из Африки впервые 1,5 млн лет назад. Предки человека с озера Мунго эволюционировали в Азии, постепенно мигрируя на Зеленый континент, после чего... исчезли. Что же произошло?

Ученый видит причину в том, что люди волны Мунго были или «выедены», или исследуемый ген почему-то не передался от матери к дочери. Другие его коллеги полагают, что черепа даже 25–30-тысячелетней давности имеют характеристики, сходные с более древними (40–200 тыс. лет), что свидетельствует о большой консервативности костной ткани, в то время как гены гораздо лабильнее. Это может также свидетельствовать в пользу того, что «новоприбывшие» скрещивались все-таки с более древними, возможно, и с неандертальцами.

И все же... Джим Баулер, который в 1974 г. нашел Мунго-мэна, считает, что все эти рассуждения – ерунда. Он никогда особенно не верил в древность своей находки, считая, что ей всего лишь 20 тыс. лет. И тогда все встает на свои места и соответствует сроку 25 тыс. лет, о котором говорилось в сообщении из Бостона.

Откуда же такая разница? Да очень просто: попробуйте выделить ДНК из окаменевших костей. Получить-то вы ее получите, а вот в каких количествах! Поэтому Торн и сравнивал всего-то один ген, а при таких малых объемах информации для сравнения ошибки могут быть весьма значительными. Так что следует ждать из Австралии более полных данных.