Брайан Сайкс - Расшифрованный код Ледового человека - От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы

Оплодотворенная яйцеклетка делится раз за разом, формируя вначале эмбрион, затем плод, который в конечном итоге превращается в новорожденного младенца, и, наконец, вырастает во взрослого человека. В ходе этого процесса единственные митохондрии, которые можно обнаружить,— это копии оригинальных митохондрий из материнской яйцеклетки. Хотя митохондрии имеются во всех клетках тела и у мужчин, и у женщин, однако детям по наследству их передают только женщины, потому что только у женщин в организме развиваются яйцеклетки. Отцы передают потомству ядерные хромосомы с ДНК, но их митохондриальная ДНК к последующим поколениям не переходит.

Время от времени в ДНК, как митохондриальной, так и ядерной, происходят незапланированные изменения просто потому, что в процессе копирования при делении клеток случаются сбои и ошибки. Клетки снабжены особыми механизмами, которые отлавливают и исправляют большую часть подобных ошибок, но время от времени их бдительности оказывается недостаточно, и нарушителям удается проскользнуть. Если такие мутации возникают в клетках, из которых впоследствии разовьются яйцеклетки и сперматозоиды (такие клетки называются половыми), то они могут передаться и последующим поколениям. Мутации, возникающие в других клетках тела, называемых соматическими, из которых не будут развиваться половые клетки, не могут быть переданы дальше. Большая часть генных мутаций вообще не имеет никакого значения. Лишь изредка, если мутация поразит или выведет из строя какой-нибудь важный для жизни ген, ее удается заметить. В худшем случае такие мутации могут привести к серьезному наследственному заболеванию, о некоторых из них мы поговорим в следующей главе, но по большей части они безвредны.

Уровень возникновения мутаций в ядерных хромосомах чрезвычайно низок — грубо говоря, в норме при каждом делении клетки мутирует одно азотистое основание из тысячи миллионов. В митохондриях же контроль за ошибоками не настолько отлажен, поэтому мутации возникают примерно раз в двадцать чаще. Это означает, что в митохондриальной ДНК можно обнаружить существенно больше изменений, чем в отрезке ядерной ДНК той же длины. Другими словами, «молекулярные часы», с помощью которых мы, посредством мутаций в ДНК, можем определять время, в митохондриях тикают намного быстрее по сравнению с ядром. Это делает митохондрии даже более привлекательными в качестве инструмента для исследования эволюции человека. Если уровень мутаций был бы чересчур низким, то у подавляющего большинства людей на Земле митохондриальная ДНК была бы совершенно одинаковой, и из-за малого числа изменений было бы практически невозможно заметить происходящее со временем развитие.

А нас ждала и еще одна награда. Мутации, конечно, обнаруживаются по всей окружности митохондриальной ДНК, и Аллан Уилсон со своими студентами в «Митохондриальной ДНК и эволюции человека» изучали ее целиком. Однако имеется коротенький отрезок ДНК, где мутации особенно часты. Этот участок, длиной около пятисот оснований, назвали контрольным регионом. Ему удалось накапливать особенно большое количество мутаций благодаря тому, что, в отличие от остальной части митохондриальной ДНК, он не несет каких-то конкретных кодов. Если бы они там были, тогда повышенное количество мутаций могло повлиять на функционирование митохондриальных ферментов. Такое порой случается, если мутации поражают другие участки митохондриальной ДНК, вне контрольного региона. Некоторые редкие неврологические заболевания развиваются как раз оттого, что мутации этих генов выводят из строя важные части митохондриального механизма. Такие митохондрии из-за того, что слишком сильно повреждены, редко выживают, а следовательно, следующим поколениям они передаются лишь в исключительных случаях. Поэтому такие мутации постепенно сглаживаются и, наконец, исчезают вовсе. С другой стороны, мутации контрольного региона не исчезают именно потому, что зона не имеет никаких специфических функций. Эти мутации нейтральны. Создается впечатление, что, хотя для того, чтобы митохондрия могла правильно разделиться, этот участок ДНК должен находиться на своем месте, его собственная точная последовательность при этом большой роли не играет.

Таким образом, для нашего исследования эта ситуация просто идеальна: короткий отрезок ДНК, до отказа набитый нейтральными мутациями. Конечно, куда быстрее и дешевле считывать последовательность этого участка, всего пятьсот оснований, чем последовательность всей митохондриальной ДНК, в которой оснований, как вы помните, шестнадцать тысяч. Но окажется ли контрольный регион стабильным настолько, чтобы можно было опираться на нее в эволюционных исследованиях? Что, если контрольный регион мутирует себе напропалую в каждом поколении, да еще и с непомерно высокой частотой? В этом случае было бы практически невозможно отследить хоть какие-то закономерности на больших отрезках времени. Нам уже было понятно из работы Аллана Уилсона, что если мы хотим с помощью митохондриальной ДНК копнуть поглубже генетическую историю своего вида, Homo sapiens, то придется углубиться как минимум на 150 тысяч лет человеческой эволюции — примерно шесть тысяч поколений, считая по 25 лет на поколение. Если мутации в контрольном регионе окажутся слишком беспорядочными или бурными, будет очень трудно, чтобы не сказать невозможно, различить важные сигналы и выделить их среди всех случайных изменений на протяжении нескольких поколений. Нам необходимо было найти способ удостовериться в том, что это не так, прежде чем замахиваться на масштабное и требующее колоссальных денежных и временных затрат исследование. Каким образом проверить это и получить убедительные подтверждения?