«Люди и их гены». Глава из книги. Генетическое разнообразие народов - происхождение и расселение человека Генетический метод расселения народов недостатки

Молекулярно-генетические подходы эффективны не только при изучении глобальных вопросов эволюции человека как ви­да. Большую роль маркеры ДНК играют и при изучении этни­ческой истории в отдельных регионах мира. Один из весьма изученных регионов - это Западная Европа.

В работе Джауме Бертранпетита и его коллег был проведен анализ митохондриальной ДНК из популяций Европы и Ближ­него Востока. Всего было исследовано около 500 человек, среди них - баски, британцы, швейцарцы, тосканцы, сардинцы, бол­гары, турки, жители Ближнего Востока, включавшие бедуинов, палестинцев и йеменских евреев - т. е. народов, относящихся к европеоидам . В данной работе, как и во многих предыдущих, был продемонстрирован низкий уровень генетического разно­образия европейцев, по сравнению с другими, в особенности, африканцами. Это может быть связано с разными причинами: например, с относительно недавним их происхождением, с вы­сокой скоростью миграции, или в связи с быстрым демографи­ческим ростом, который, как полагают, происходил в доледниковый период.

Однако, несмотря на сравнительную гомогенность евро­пейских популяций, имеются определенные географические различия в распределении наблюдаемой генетической вариа­бельности. Это позволило достоверно реконструировать пути миграции народов в далеком прошлом.

Полученные результаты подтвердили предположение о пе­редвижении населения из Ближнего Востока в Европу. Расчеты показа­ли, что эта миграция осуществлялась в течение длительного времени - на протяжении десятков тысячелетий. Данные поз­воляют предположить, что основные генетические характери­стики европейцев, по-видимому, сложились еще в палеолите, тогда как более поздние неолитические миграции оказывали меньшее влияние на изучаемый генофонд.

К аналогичному выводу пришли и другие исследователи, проведя анализ митохондриальных ДНК у более чем 700 чело­век из 14 популяций Европы и Ближнего Востока. Подробный анализ ветвей каждого варианта мтДНК позволил авторам сде­лать следующий вывод: большинст­во населения современной Западной Европы, являет­ся потомками ранних поселенцев, пришедших из районов Бли­жнего Востока в период верхнего палеолита . Обнаружены также «следы» и более поздних продвижений в Европу выход­цев из Ближнего Востока, однако эти миграции оказали значи­тельно меньшее влияние, чем предыдущая.

В последующих работах, выполненных Торони и коллегами, были также исследованы митохондриальные ДНК жителей Ев­ропы, Ближнего Востока и северо-западной Африки. При этом в каждом образце был осуществлен анализ обоих гипервариа­бельных участков, а также полиморфизма вдоль всей молекулы, что позволило определить гаплотип в каждом образце и вы­явить родственные группы гаплотипов, обозначенные как гаплогруппы .

Эти исследования показали, что у европейцев с наибольшей частотой встречаются две родственные гаплогруппы митохондриальной ДНК, обозначенные авторами как Н и V . Подробный анализ этих гаплогрупп, включая их географичес­кое распределение, позволил авторам сделать предположение, что гаплогруппа V является автохтонной (т. е. местной) для Ев­ропы. Она возникла 10-15 тысячелетий назад на севере Иберий­ского полуострова или на юго-западе Франции, затем диффундировала на северо-восток (вплоть до Скандинавии) и на юг до северо-запада Африки.

В настоящее время она с наибольшей частотой встречается у басков и саамов (которые считаются самыми древними жителя­ми Европы), но отсутствует на Кавказе, юге Европы и Ближнем Востоке. Оценка среднего числа нуклеотидных различий от предкового гаплотипа показывает, что иберийские популяции имеют наибольшее разнообразие по данному признаку. Имен­но это позволило сделать вывод, что с большой вероятностью местом возникновения группы V является Иберийский полу­остров и примыкающие к нему территории юго-западной Франции.

Гаплогруппа Н является самой распространенной в Европе, она встречается в разных популяциях с частотой от 20 до 60%, обнаруживая постепенную (клинальную) изменчивость с вос­тока на запад и север. Она обнаруживается с меньшей частотой в других европеоидных популяциях, например, на Ближнем Востоке, в Индии, на севере Африки, в Сибири. Интересно, что наибольшее разнообразие вариантов гаплогруппы Н обнаруже­но в популяциях Ближнего Востока . Это позволяет считать, что она возникла именно в этих популяциях, причем оценка ее воз­раста составляет 25-30 тысячелетий. Однако в Европу она проникла позднее - 15-20 тысячелетий назад, т. е. в период верхнего палеолита .

Таким образом, данная работа выявила множество интерес­ных деталей в генетической истории европейцев, но в целом подтвердила прежние результаты о древности этих популяций (по крайней мере, по женской линии).

Изучение полиморфизма Y -хромосомных маркеров у евро­пейцев также показывает их древнее происхождение. Работа Семино и соавторов так и называется: «Генетическое наследие человека палеолита в ныне живущих европейцах: возможности Y-хромосомных маркеров». В этой работе принимал участие большой интернациональный коллектив, состоящий из двух американских и нескольких европейских лабораторий, вклю­чая российскую. Было изучено более 1000 мужчин из 25 разных регионов Европы и ближнего Востока.

Анализ по 22 маркерам Y-хромосомы показал, что более 95% изученных образцов могут быть сведены к десяти гаплотипам , т. е. к 10 историческим родословным. Из них два гаплотипа, обозначенные как Eu 18 и Eu 19 , появились в Европе в палеолите. Более 50% всех изученных европейских мужчин от­носятся к этим древним гаплотипам. Они являются родствен­ными и отличаются лишь одной точковой заменой (мутация М17), однако их географическое распределение имеет противо­положную направленность. Частота Eu 18 уменьшается с запада на восток, будучи наиболее выраженной у басков. Оценка воз­раста этого гаплотипа составляет примерно 30 тысяч лет, возмо­жно, это самая древняя родословная в Европе. По типу географического распределения она очень напоминает распре­деление митохондриальной гаплогруппы V , также имеющей верхне-палеолитическое происхождение. Можно предполо­жить, что гаплотип Eu 18 Y-хромосомы и гаплотип V митохонд­риальной ДНК являются характеристиками одной и той же древней европейской популяции, проживавшей в верхнем па­леолите в районе Пиренейского полуострова.

Родственный Y-хромосомный гаплотип Eu 19 имеет совсем другое распределение в европейских популяциях. Он отсутству­ет в Западной Европе, его частота увеличивается к востоку и до­стигает максимума в Польше, Венгрии и на Украине, где предыдущий гаплотип Eu 18 практически отсутствует. Самое высокое разнообразие микросателлитных маркеров в составе гаплотипа Eu 19 найдено на Украине . Это позволило сделать предположение, что именно отсюда началась экспансия дан­ной исторической родословной. К сожалению, среди вариантов митохондриальной ДНК пока не найдено такого, который имел бы сходное с Eu 19 географическое распределение.

Как можно объяснить столь различную картину распростра­нения столь родственных гаплотипов? Из данных по распро­странению Eu 18 и Eu 19 можно предположить, что это связано со следующим сценарием. Во время последнего ледникового периода люди вынуждены были покинуть Восточную и Цент­ральную Европу. Часть из них переместилась в Западные обла­сти. Некоторые нашли убежище на Северных Балканах , единственном месте в Центральной Европе, где была возмож­ность существования. Таким образом, ледниковый период лю­ди переживали в 2-х регионах (западная Европа и Северные Балканы), находясь в значительной изоляции друг от друга. Та­кой сценарий подтверждают также данные по флоре и фауне того же периода. Здесь также была выявлена изоляция в указан­ных областях в ледниковый период. После чего наблюдалось распространение переживших видов и популяций из данных заповедных мест.

Дополнительные молекулярно-генетические данные под­тверждают наличие двух очагов, из которых происходило рас­пространение двух рассмотренных гаплотипов.

Среди других Y-хромосомных гаплотипов большая часть имеет географическое распределение, указывающее на их про­исхождение из региона Ближнего Востока. Однако два из них появились в Европе (или, возможно, здесь и возникли) в па­леолите.

Характеристики этих исторических родословных очень на­поминают таковые для гаплогруппы Н митохондриальной ДНК. Возможно, что они маркируют одни и те же исторические события, связанные с расселением ближневосточных популя­ций в Европе в период, предшествующий последнему леднико­вому максимуму.

Все остальные Y-хромосомные гаплотипы появились в Ев­ропе позже. В неолите произошло распространение ряда гапло­типов из региона Ближнего Востока, по мнению многих авторов, в связи с распространением земледельческой культуры.

Интересно, что в работе был выявлен новый вариант Y-хро­мосомы (мутация М178), встречающийся только в северо-вос­точных областях Европы. Возраст этого гаплотипа оценивается величиной, не превышающей 4000 лет, а его распространение может отражать сравнительно недавнюю миграцию уральских популяций.

Таким образом, в данной работе показано, что лишь немно­гим более 20% европейских мужчин относятся к историческим родословным (выявленным с помощью Y-хромосомного поли­морфизма), которые появились в Европе сравнительно недавно - после ледникового периода в неолите. Около 80% мужчин Европы относятся к более древним европейским родословным линиям, нисходящим ко времени верхнего палеолита.

В последнее время активно дискутировалась идея, выска­занная Марком Стоннекингом еще в 1998 году, что более высо­кая вариабельность популяций (особенно европейских) по Х-хромосомным маркерам, в сравнении с митохондриальными, связана с различиями в дистанциях миграций между жен­щинами и мужчинами . Согласно этой идее, миграция мужчин оказывается более ограниченной пространственно , чем мигра­ция женщин. Однако к таким выводам следует относиться с большой осторожностью, так как еще многие популяционные свойства маркеров ДНК, особенно в сравнении одного с дру­гим, мало изучены. Кроме того, большой вклад могут вносить в это явление социально-демографические факторы, напри­мер, такие, как полигамия , имеющаяся или имевшаяся ранее у многих народов.

Тем не менее, необходимо подчеркнуть, что наличие такой возможности, как анализ отдельно и мужской, и женской популяционной истории, открывает новые перспективы в изучении популяций, которых не было ранее, до обнаружения полоспецифических маркеров ДНК, связанных с митохондриальным и Х-хромосомным полиморфизмом.

Изучение популяций американских индейцев и их связи с сибирскими народами также осуществлялось с помощью мар­керов ДНК. Проблема раннего заселения Американского кон­тинента представляет собой одну из наиболее противоречивых тем в исследованиях по эволюции человека. На основании дан­ных антропологии, археологии, лингвистики и генетики при­нято считать, что предки коренного населения Америки при­были из Азии. Однако время, место происхождения и число волн миграции до сих пор являются предметом дискуссий.

Ранее, на основании синтеза мультидисциплинарных исследова­ний было высказано предположение о трех независимых вол­нах миграции предковых азиатских популяций через Берингов пролив . Изучение классических маркеров ДНК выявило тен­денции, которые можно расценивать как подтверждение трехволновой модели миграции.

Однако первые результаты анализа митохондриальной ДНК показали, что их интерпретация может быть значительно шире, в том числе - в поддержку модели с четырьмя волнами мигра­ции. Дальнейший анализ данных по митохондриальной ДНК позволил свести их к одному предположению, что все популя­ции американских индейцев могут быть сведены к единой предковой популяции , проживавшей ранее в регионе Монго­лии и Северного Китая.

Для того чтобы проверить столь противоречивые гипотезы, необходимо было исследовать дополнительные полиморфные системы ДНК. Было проведено исследование 30 вариабельных Y-хромосомных локусов у американских индейцев и несколь­ких сибирских популяций в сравнении с другими регионами мира. Это позволило выявить общих предков коренных жите­лей Америки с популяциями кетов из бассейна реки Енисей и с популяциями алтайцев , населяющих Алтайские горы. Таким образом, было показано преимущественно центрально-сибир­ское происхождение американских индейцев по мужской ли­нии, которые могли мигрировать в Америку в доледниковый период.

Карафет и соавторы исследовали более 2000 мужчин из 60 популяций мира, включая 19 групп американских индейцев и 15 групп аборигенных сибирских народов. В данном исследова­нии было показано, что у американских индейцев имеется не один праотцовский гаплотип, а девять, причем два из них являются исходными, родоначальными гаплотипами Нового Света. Т.е. можно было предполагать по меньшей мере две волны миграции в Новый Свет, причем обе из региона озера Бай­кал, включая Са­янские и Алтайские горы. И, наконец, самые последние данные однозначно показали, что была одна волна миграции из Сибири в Америку 13 тысяч лет назад.

С помощью полиморфных маркеров ДНК были проведены интересные исследования по заселению тихоокеанских архипе­лагов, а также острова Мадагаскар . Существовала точка зрения о переселении людей из Юго- Восточной Азии на тихо­океанские острова. Однако подробный анализ показал, что это был непростой и длительный процесс.

Изучение митохондриальных ДНК в данном регионе пока­зало, что на островах Океании часто встречается (с частотой до 80-90%) специфическая делеция в 9 пар нуклеотидов, в Юго-Восточной Азии она встречается значительно реже. Подробный анализ показал, что данная делеция встречается в разном гене­тическом контексте , т. е. в сочетании с различными полиморф­ными участками. Эти сочетания принято называть мотивами , причем различают меланезийский, полинезийский и мотив Юго-Восточной Азии . Все представленные данные позволили предположить, что население островов Меланезии и Юго-Восто­чной Азии (Индонезия) в древности не смешивалось. Восточная Полинезия заселялась из обоих этих регионов очень малыми группами, что привело к формированию смешанного генофонда этих островов.

Интересной работой является исследо­вание населения Мадагаскара , проводимое в течение многих лет Химлой Содиал и коллегами. История и время заселения этого острова остаются неизвестными из-за отсутствия пись­менных свидетельств. Немногочисленные археологические данные указывают, что первые поселенцы явились выходцами предположительно из Индонезии (находки датируются нача­лом первого тысячелетия нашей эры), позднее датируется вол­на заселения из Африки. От Африки Мадагаскар отделен проливом шириной 400 км, расстояние до Индонезии - 6400 км. Население острова составляет 11 млн человек и подразделено на 18 этнических групп. В диалектах имеются особенности, указывающие на арабское и африкан­ское влияние.

Изучение митохондриальной ДНК у населения Мадагаскара обнаружило высокую частоту специфической делеции разме­ром 9 пар нуклеотидов, находящейся в окружении полиморф­ных участков, называемых полинезийским мотивом . Этот результат можно объяснить тем, что первые поселенцы Мадага­скара, по-видимому, были мореплавателями и прибыли из Полинезии или относились к той популяции, выходцы из которой заселяли Полинезию, но их путь в Мадагаскар проходил через Индонезию . То, что эти дан­ные получены при анализе митохондриальной ДНК, говорит о том, что в составе прибывших на Мадагаскар групп имелись женщины.

Изучение Y-хромосомного полиморфизма у мужчин Мада­гаскара показало следующую картину. Большая часть (более чем 2/3) современных родословных линий относится к афри­канскому типу и только 15% - к вариантам из Юго-Восточной Азии. Это говорит о том, что переселение из Африки, которое могло происходить как одновременно, так и в более позднее время, чем азиатское, осуществлялось бо́льшим числом людей. Было показано, что обе линии переселенцев, как африканских, так и азиатских, пережили период резкого снижения численно­сти, возможно из-за каких-то внешних воздействий (природ­ные аномалии, эпидемии чумы или что-то еще).

Очень интересное исследование, которое осуществляется несколькими интернациональными группами, ведется в Ин­дии . Известна высокая подразделенность индийского общест­ва, в том числе кастовая . Изучение митохондриальной ДНК и Y-хромосомного полиморфизма у представителей различных каст и племен выявило много любопытных деталей. Женское население Индии, как показывает данное исследование, выгля­дит более или менее гомогенным. Более 60% жителей Индии имеют варианты митохондриальной ДНК, относящиеся к древ­ней группе ранней (возможно, первой) волне миграции из Вос­точной Африки , осуществлявшейся примерно 60 тыс. лет назад. В то же время в некоторых районах Индии в высших кастах со­держание вариантов митохондриальной ДНК, сходных с евро­пейскими , выше, по сравнению с низшими кастами.

Что касается Y-хромосомного анализа, то здесь выявлены более четкие корреляции с кастовой принадлежностью. Чем выше ранг касты, тем выше содержание вариантов, сходных с европейскими, причем, что особенно интересно, с восточноев­ропейскими. Это является подтверждением точки зрения некото­рых археологов, что прародина завоевателей Индии - индо-ариев , основавших высшие касты, находится на юге Восточной Европы.

Удивительные результаты были получены совсем недавно интернациональной группой под руководством английского исследователя Криса Тайлер-Смита . Проводилось широкомас­штабное изучение Y-хромосомного полиморфизма во множе­стве азиатских популяций: в Японии, Корее, Монголии, Китае, в государствах Средней Азии, в Пакистане, Афганистане и на Южном Кавказе. В 16 популяциях из довольно обширного ази­атского региона, простирающегося от Тихого океана до Кас­пийского моря, достаточно часто встречалась одна и та же генетическая линия Y-хромосомы. В среднем по данному ре­гиону эта линия встречается у 8% мужчин. Это составляет 0,5% всего мужского населения Земли. В некоторых районах внут­ренней Монголии, Центральной и Средней Азии данная линия встречается с частотой от 15 до 30%.

Расчеты показывают, что эта линия Y-хромосомы произош­ла в Монголии примерно 1000 лет назад (в интервале 700-1300 лет) и быстро распространилась по указанной территории. Та­кое явление не могло произойти случайно. Если бы причиной была миграция некой популяции, то исследователи должны были обнаружить несколько таких линий. Проанализировав географию распространения и время возникновения данной ге­нетической линии, авторы сделали сенсационное предположе­ние, что этот генетический вариант принадлежит Чингисхану и его ближайшим родственникам по мужской линии. В пределах обозначенного времени на данной территории действительно существовала империя именно этого завоевателя. Известно, что сам Чингисхан и его ближайшие родственники имели мно­го потомков, которые сохраняли свое престижное положение на протяжении длительного времени. Таким образом, здесь происходил отбор не вследствие биологического преимущест­ва, а по социальным причинам, что представляет собой новое явление в генетике.

Из приведенных примеров изучения популяций различных регионов мира видно, что маркеры ДНК дают новое понимание многих аспектов эволюции человека, как не­давних, так и отдаленных.

Люди, живущие в разных концах Земли, отличаются по многим признакам: языковой принадлежности, культурным традициям, внешности, генетическим особенностям. Генетические характеристики народов зависят от их истории и образа жизни. Различия между ними возникают в изолированных популяциях, не обменивающихся потоками генов (т.е. не смешивающихся из-за географических, лингвистических или религиозных барьеров), за счет случайных изменений частот аллелей и процессов позитивного и негативного естественного отбора.

Случайное изменение частот аллелей в популяции называется генетическим дрейфом. Различия этих частот без действия каких-либо дополнительных факторов обычно невелики. При сокращении численности или отселении небольшой группы, дающей начало новой популяции, частоты аллелей могут сильно колебаться. В новой популяции они будут зависеть от генофонда основавшей ее группы (так называемый эффект основателя - все носители мутации получают ее от общего предка, у которого она возникла). С этим эффектом связывают повышенную частоту болезнетворных мутаций в некоторых этнических группах. Например, у японцев один из видов врожденной глухоты вызывается мутацией, возникшей однократно в прошлом и не встречающейся в других районах мира. У белых австралийцев глаукома связана с мутацией, завезенной переселенцами из Европы. У исландцев найдена мутация, повышающая риск развития рака и восходящая к общему прародителю. Аналогичная ситуация обнаружена у жителей о.Сардиния, но у них мутация другая, отличная от исландской. Среди русских, живущих в Башкортостане, из нескольких сотен мутаций, приводящих к фенилкетонурии, встречается преимущественно одна, что связывают с переселением в этот регион относительно небольшой группы русских, обладавших ею. Эффект основателя - одно из возможных объяснений отсутствия у американских индейцев разнообразия по группам крови ABO: у них преобладает группа О (первая), частота ее более 90%, а во многих популяциях - 100%. Так как Америка заселялась небольшими группами, пришедшими из Азии через перешеек, соединявший эти материки десятки тысяч лет назад, возможно, что в популяции, давшей начало коренному населению Нового Света, другие группы крови отсутствовали.

Слабовредные мутации могут долго поддерживаться в популяции, а вредные, значительно снижающие приспособленность индивида, отсеиваются отбором. Показано, что болезнетворные мутации, вызывающие тяжелые формы наследственных заболеваний, обычно эволюционно молоды. Давно возникшие мутации, длительное время сохраняющиеся в популяции, связаны с более легкими формами болезни.

Адаптация к условиям обитания фиксируется в ходе отбора благодаря случайно возникшим новым аллелям, повышающим приспособленность к данным условиям, или за счет изменения частот давно существующих аллелей. Разные аллели обусловливают варианты фенотипа, например цвета кожи или уровня холестерина крови. Частота аллеля, обеспечивающего адаптивный фенотип (например, темная кожа в зонах с интенсивным солнечным облучением), возрастает, поскольку его носители более жизнеспособны в данных условиях.

Адаптация к различным климатическим зонам проявляется как вариация частот аллелей комплекса генов, географическое распределение которых соответствует климатическим зонам. Однако наиболее заметный след в глобальном распределении генетических изменений оставили миграции народов, связанные с расселением от африканской прародины.

Происхождение и расселение человека. Ранее историю появления вида Homo sapiens на Земле реконструировали на основе палеонтологических, археологических и антропологических данных. В последние десятилетия появление молекулярно-генетических методов и исследования генетического разнообразия народов позволили уточнить многие вопросы, связанные с происхождением и расселением людей современного анатомического типа.

Молекулярно-генетические методы, используемые для восстановления демографической истории, сходны с лингвистической реконструкцией праязыка. Время, когда два родственных языка разделились (т.е. когда исчез их общий предковый праязык), оценивают по количеству различающихся слов, появившихся за период раздельного существования этих языков. Аналогично возраст предковой популяции, общей для двух современных народов, рассчитывают по количеству мутаций, накопившихся в ДНК их представителей. Чем больше различий в ДНК, тем больше времени прошло с момента разделения популяций. Так как скорость накопления мутаций в ДНК известна, по числу мутаций, отличающих две популяции, можно определить дату их расхождения (если предположить, что после разделения они больше не встречались и не смешивались).

Для датировки этого события используют нейтральные мутации, которые не влияют на жизнеспособность индивида и не подвержены действию естественного отбора. Они найдены во всех участках генома человека, но наиболее часто используют мутации в ДНК, содержащейся в клеточных органеллах - митохондриях. В оплодотворенной яйцеклетке присутствует только материнская митохондриальная ДНК (мтДНК), поскольку спермий свои митохондрии яйцеклетке не передает. Для филогенетических исследований мтДНК имеет особые преимущества. Во-первых, она не подвергается рекомбинации, как аутосомные гены, что значительно упрощает анализ родословных. Во-вторых, в клетке она содержится в количестве нескольких сот копий и гораздо лучше сохраняется в биологических образцах.

Первым использовал мтДНК для реконструкции истории человечества американский генетик Алан Уилсон в 1985 г. Он изучил образцы мтДНК, полученные из крови людей из всех частей света, и на основе выявленных между ними различий построил филогенетическое древо человечества. Оказалось, что все современные мтДНК могли произойти от мтДНК общей праматери, жившей в Африке. Обладательницу предковой мтДНК тут же окрестили “митохондриальной Евой”, что породило неверные толкования - будто все человечество произошло от одной-единственной женщины. На самом деле у “Евы” было несколько тысяч соплеменниц, просто их мтДНК до наших времен не дошли. Однако все они, без сомнения, оставили свой след: от них мы унаследовали генетический материал хромосом. Характер наследования в данном случае можно сравнить с семейным имуществом: деньги и земли человек может получить от всех предков, а фамилию - только от одного из них. Генетическим аналогом фамилии, передаваемой по женской линии, служит мтДНК, а по мужской - Y-хромосома, передаваемая от отца к сыну.

Изучение мтДНК и ДНК Y-хромосомы подтвердили африканское происхождение человека, позволили установить пути и даты его миграции на основе распространения различных мутаций у народов мира. По современным оценкам, вид H.sapiens появился в Африке более 100 тыс. лет назад, затем расселился в Азии, Океании и Европе. Позже всего была заселена Америка.

Вероятно, исходная предковая популяция H.sapiens состояла из небольших групп, ведущих жизнь охотников-собирателей. Мигрируя, люди несли с собой свои традиции, культуру и свои гены. Возможно, они также обладали и праязыком. Пока лингвистические реконструкции происхождения языков мира ограничены 15-30 тыс. лет, и существование общего праязыка только предполагается. И хотя гены не определяют ни язык, ни культуру, в некоторых случаях генетическое родство народов совпадает и с близостью их языков и культурных традиций. Но есть и противоположные примеры, когда народы меняли язык и перенимали традиции своих соседей. Такая смена происходила чаще в районах контактов различных волн миграций или же в результате социально-политических изменений или завоеваний.

Похожая информация.

Источник: http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/03_07/ETHNOGENE.HTM

Э.К. Хуснутдинова

ЭТНОГЕНОМИКА И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ

ИСТОРИЯ НАРОДОВ ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ

Э. К. Хуснутдинова

Хуснутдинова Эльза Камилевна - член-корреспондент Академии наук Республики Башкортостан,
заведующая отделом Института биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН.

Эволюция человеческих сообществ (популяций), их происхождение, родство, историческое развитие всегда были в центре внимания многих наук. Для решения этих проблем необходимо исследовать множество признаков в большом числе популяций и этнотерриториальных групп. В качестве таких признаков можно использовать вариабельность структуры биополимеров (белки. нуклеиновые кислоты). Раньше основное внимание уделяли полиморфным белкам. Подлинный переворот в исследованиях произошел при появлении нового типа маркеров, основанных на геномных ДНК.

Геном человека, состоящий примерно из 3 млрд. нуклеотидных пар, расшифрован почти полностью. Однако само по себе близкое завершение этой гигантского по замыслу и грандиозного по реализации международного научного проекта отнюдь не означает, что процесс познания генома завершен. Уже сейчас очевидно, что не существует какого-то "усредненного" генома человека: каждый геном, как и каждый человек, сугубо индивидуален. Эта индивидуальность проявляется на уровне не только отдельной личности, но и этнических групп, отдельных сообществ и рас.

Различия между двумя людьми на уровне ДНК составляют в среднем один нуклеотид на тысячу. Именно этим обусловливаются наследственные индивидуальные особенности каждого человека. Заметим, что различия между ДНК человека и шимпанзе - его ближайшего сородича в животном мире - на порядок больше.

ОСНОВНОЙ ИНСТРУМЕНТ ЭТНОГЕНОМИКИ

Для исследований геномов людей используют разные типы ДНК-маркеров: расположенные на парных хромосомах (аутосомные), на митохондриальной ДНК и на непарной Y-хромосоме. Маркеры на парных хромосомах наследуются по обеим - женской и мужской - линиям, в них представлена подавляющая часть генома человека. Таким образом, у нас в руках оказались маркеры, позволяющие изучать сочетанную изменчивость, одновременно привносимую и с отцовской, и с материнской стороны. Все маркеры ДНК характеризуют сообщества в целом, не выделяя генетического вклада каждого из полов. Используя определенные типы полиморфизма ДНК, можно оценить те или иные временные события, происходившие в истории данной популяции.

Особую роль играют маркеры митохондриальной ДНК (мтДНК) и ДНК Y-хромосомы, поскольку они помогают проследить генетическую историю человечества отдельно по женской и мужской линиям. Митохондриальная ДНК передается потомкам только от матери, так как митохондрии находятся в цитоплазме клетки, а цитоплазма потомка (зиготы) образуется за счет цитоплазмы материнской яйцеклетки. Если два человека имеют общего предка женского пола, то по различиям их мтДНК можно судить о том, сколько поколений отделяет их от жившей столетия или тысячелетия назад общей пра-... прабабушки. Аналогично изучение ДНК Y-хромосомы позволяет проследить эволюционные траектории по отцовской линии, поскольку Y-хромосома передается только от отца к сыну. Оба типа полиморфизма ДНК дополняют друг друга, давая раздельную информацию об отцовском и материнском вкладе в этническую историю и эволюцию популяций.

Передаваясь из поколения в поколение только по одной из родительских линий и не участвуя в рекомбинации (обмен участками гомологичных хромосом в процессе мейоза), оба типа полиморфизма позволяют, по крайней мере теоретически, реконструировать генетические события от наиболее популярных предков современного человека - "Y-хромосомного Адама" и "митохондриальной Евы" - до современных популяций. Полиморфизм маркеров мтДНК и Y-хромосомы определяется факторами микроэволюции (миграция, отбор, мутации). Однако характер их вариабельности по-разному отражает действие и результат этих процессов.

Уровень разнообразия геномов представителей какого-либо биологического вида зависит, во-первых, от разнообразия геномов прародителей вида и, во-вторых, от скорости накопления случайных "ошибок" (мутаций), возникающих при "переписывании" клеткой генетических текстов, и еще от того, как долго существует данный вид. При сравнении генетических текстов Y-хромосомы (или мтДНК) разных людей по присутствию в них одинаковых мутаций можно выявить общего предка. Согласно современным представлениям, скорость накопления мутаций в ДНК относительно постоянна, большинство мутаций нейтральны, так как не затрагивают значимые, смысловые участки генома. Поэтому они не отсеиваются отбором и, раз появившись, передаются из поколения в поколение. Сравнивая два родственных генетических текста, по количеству различий между ними можно установить время появления как мутаций, так и общего предка по мужской или женской линиям.

Изучение полиморфизма ДНК позволяет выявлять значительные внутри- и межпопуляционные различия в частотах полиморфных маркеров ДНК во многих географических районах мира, что стало одной из важнейших характеристик генетической структуры человеческих сообществ. За последнее десятилетие генетиками собраны и проанализированы коллекции мтДНК и Y-xpoмосом представителей народов почти всего мира. По ним восстановлена последовательность и время появления мутаций в ДНК человека.

ДНК-маркеры - эффективный инструмент для исследования гаплотипов - сочетаний аллелей тесно сцепленных полиморфных локусов. Аллель - одна из возможных альтернативных форм гена, а локус - область локализации гена в хромосоме или молекуле ДНК. Такие хромосомные участки (гаплотипы) весьма невелики по размерам, поэтому очень редко рекомбинируют. Они ведут себя как единые блоки, мало меняющиеся во времени и поэтому имеющие довольно древнее происхождение. Таким образом, размер сохранившегося неизменным гаплотипа может служить мерой времени, которое прошло от какого-то момента в прошлом. В общем случае суть анализа гаплотипов состоит в поиске сцепления между собой локусов вследствие эффекта основателя. Анализ частоты и возраста появления в популяции гаплотипа позволяет проследить его историю, а вместе с ней и события, сопутствующие его распространению. Очевидно, что такие данные представляют большой интерес для изучения истории современных народов, характеристики генофондов и оценки основных направлений эволюции всего человечества.

В 80-90-х годах прошлого века шло интенсивное накопление знаний об изменчивости мтДНК человека, были описаны основные расовые и по-пуляционно-специфические типы мтДНК. Глобальный скрининг всех основных расовых групп человечества по полиморфизму митохондриаль-ного генома позволил выявить наиболее древние мутации - ключевые для определения расоспеци-фических кластеров. Установлено, что митохонд-риальные геномы представлены комбинациями расовых групп типов мтДНК, каждая из которых ведет происхождение от единственного основателя.

Сейчас изменчивость митохондриального генома изучается на качественно новом уровне. Анализ однонуклеотидных замен мтДНК, рыяв-ляемых классическим методом анализа полиморфизма ДНК, в сочетании с изучением нуклеотид-ной последовательности гиперизменчивой области мтДНК позволяет проводить комплексную оценку полиморфизма мтДНК в популяциях человека. Такой подход выявил важную для изучения молекулярной эволюции особенность мито-хондриальной ДНК: определенным расовым группам типов мтДНК, ключевые мутации которых расположены в различных участках молекулы, соответствуют вполне определеные типы нуклеотидных последовательностей гипервариа-бельного участка мтДНК. Поскольку существует неравновесие по сцеплению между мутациями в митохондриальном геноме, молекулу ДНК можно рассматривать как один локус, представленный множеством аллелей, определенные группы которых соответствуют определенным группам сцепления между конкретными мутациями. Эти два подхода положены в основу классификации и эволюции линий всего митохондриального генома современного человечества.

ГЕНОМНЫЙ КЛЮЧ К ПРОБЛЕМЕ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НАРОДОВ

Первым приложением ДНК-маркеров к проблеме происхождения и расселения человечества стали выполненные Канном с коллегами исследования митохондриальной ДНК представителей различных рас - африканцев, европейцев, азиатов, австралийцев и жителей Новой Гвинеи. По количеству замен нуклеотидов в мтДНК была определена степень родства различных групп людей и построено эволюционное древо человечества (рис. 1). Самая ранняя точка ветвления на древе отделяет от остальных людей группу африканцев, что указывает на африканское происхождение Homo sapiens . Именно в Южной Африке найдены самые древние мутации у бушменов и готтентотов и зарегистрировано самое высокое разнообразие мтДНК.

Рис. 1. Эволюционное древо человечества.
Числа соответствуют количеству исследованных популяций;
проценты - уровню внутрипопуляционного разнообразия,
оно самое высокое (0.6%) в африканских популяциях и самое низкое (0.2%) - в европейских

Митохондриальные ДНК у населения других континентов менее разнообразны, и сравнение их с мтДНК аборигенов Южной Африки показало, что они возникли как мутационные изменения африканских типов после того, как человечество распространилось за пределы этого континента. Второй вывод касался времени коалесценции (расхождения) митохондриальной ДНК. По дате отделения ветви шимпанзе (5-7 млн. лет назад), приняв темп мутационной дивергенции равным 2-4% за 1 млн. лет, Канн с коллегами вычислили время существования последней предковой мтДНК, общей для всех ныне живущих людей, - примерно 185 тыс. лет назад.

Последующие работы подтвердили африканские корни древа мтДНК современного человечества, хотя и остаются еще отдельные спорные моменты. По незавивимым оценкам нескольких групп исследователей, "митохондриальная Ева" жила в период резкого сокращения численности наших предков (до 10 тыс.), вызванного, по-видимому, изменениями климата, - 185 тыс. лет назад. Именно этот период считают временем появления Homo sapiens как биологического вида. Сравнительное исследование митохондриальной ДНК разных популяций современных людей позволило выдвинуть предположение, что еще до выхода из Африки (около 60-70 тыс. лет назад) предковая популяция разделилась по крайней мере на три группы, давшие начало трем расам - африканской, монголоидной и европеоидной .

Вскоре были построены генеалогические древа по данным изучения ДНК Y-хромосомы . Исследование небольшого участка Y-хромосомы свидетельствует о возможно гораздо более позднем происхождении "Y-хромосомного Адама" - 140-175 тыс. лет назад. Результаты всех исследований указывают на его африканское происхождение. Различия между оценками, базирующимися на мтДНК и Y-хромосоме, могут быть объяснены как несходством демографической истории популяций по мужской и женской линиям, различным поведением женщин и мужчин при переселениях, завоеваниях и колонизациях, так и различиями самих геномов, например, в интенсивности отбора вариантов мтДНК и Y-хромосомы.

Гипотезу африканского происхождения современного человека подтверждает и наибольший уровень наследственного разнообразия в Африке по сравнению с другими континентами, а также малые различия между популяциями (на долю межпопуляционного разнообразия приходится 10-15% геномной вариабельности), что отражает недавнее происхождение биологического вида . В целом массив геномных данных наиболее соответствует гипотезе недавнего африканского происхождения современного человека и доказывает справедливость монофилетической гипотезы. В то же время генетические данные не являются исчерпывающим и бесспорным доказательством этой гипотезы.

На основе распределения у разных народов частот различных мутаций в Y-хромосоме и мтДНК составлена карта расселения людей с африканской прародины . Первые волны расселения человека современного типа прошли из Африки через Азию в Австралию и Европу. Удивительно, что время расселения человека по разным континентам соответствует датировке сделанных на этих континентах археологических находок. Например, появление человека в Австралии и Новой Гвинее датируется 50-60 тыс. лет назад, согласно генетическим данным. То же самое время показывает анализ изотопного состава химических элементов в археологических находках. В Центральной и Юго-Восточной Азии люди появились примерно 70 тыс. лет назад. Заселение Европы произошло позже, около 35-40 тыс. лет назад. Наиболее спорны оценки времени заселения Америки. Люди появились там гораздо позже, чем на других континентах, потому что нужно было пересечь Сибирь, добраться до Чукотки и воспользоваться тем моментом, когда уровень моря в период оледенения позволял перейти нынешний Берингов пролив. Случилось это в промежуток времени от 15 до 35 тыс. лет назад. Позже, под натиском ледника, палеолитические европейцы несколько раз отступали на юг и юго-восток, возможно, даже возвращались обратно в Африку, о чем свидетельствуют результаты исследования гаплотипов Y-хромосомы в популяциях Африки . Сравнивая спектр мутаций в ДНК современных европейцев и их азиатских соседей, удалось установить, что 10-20% генов было привнесено в Европу неолитическими переселенцами с Ближнего Востока около 10 тыс. лет назад. Вместе с ними в Европе появилось земледелие.

Разные расы и народы возникли после разделения предковых популяций. Эволюция вновь образовавшихся популяционных групп шла независимо. В каждой из них накапливались свои мутации, увеличивалась генетическая дистанция между группами. Сообщества приспосабливались к климатическим и географическим условиям, типу питания. В изолированных группах независимо протекала эволюция языка и культуры.

На формирование современных народов влияли не только процессы разделения популяций, поскольку народы могут образовываться при смешении нескольких исходных сообществ с разной расовой и языковой принадлежностью. Тогда возникает генетически разнородная этническая общность, но с единым типом культуры и общим языком. В связи с этим все большую актуальность приобретает изучение генетической истории популяций отдельных регионов, расово-этнических групп, генетической родословной современных этносов.

ЭТНОГЕНОМИКА НАРОДОВ ВОЛГО-УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА

В Волго-Уральском регионе столкнулись две волны расселения: европеоидная и монголоидная. Находясь на границе двух частей света - Европы и Азии, этот регион на протяжении исторически длительного времени был местом взаимодействия многих этнических слоев. В формировании народов края известна роль угров Западной Сибири, финнов севера Восточной Европы, индо-иранцев Ближнего Востока, тюрков Южной Сибири и Алтая, а позднее кочевых татаро-монголь-ских племен и славянских народов Центральной и Западной Европы. Вплоть до XVI в. Среднее Поволжье было подлинным "котлом", в котором перемешались многие этнические группы. Следы взаимопроникновения хранят гены проживающих здесь народов.

Современные популяции Волго-Урала крайне неоднородны по этнолингвистической структуре. Сейчас здесь проживают представители финно-угорской ветви Уральской языковой семьи (удмурты, марийцы, мордва, коми), тюркской ветви Алтайской языковой семьи (башкиры, татары, чуваши) и восточно-славянской ветви Индоевропейской языковой семьи (русские). С целью познания факторов формирования генофонда, генетической реконструкции родства и происхождения современных народов Волго-Урала изучены 17 полиморфных аутосомных ДНК-локусов, определена нуклеотидная последовательность ДНК гипервариабельного участка митохондриального генома, выполнен анализ полиморфизма 24 локусов Y-хромосомы. В ходе исследований проанализированы геномы 1500 индивидов из 8 популяций (башкиры, татары, русские, чуваши, удмурты, коми, мордва, марийцы).

Полиморфизм аутосомных ДНК-локусов. Анализ полиморфизма 17 аутосомных ДНК-локусов в популяциях Волго-Уральского региона свидетельствует об их неоднородности и высокой информативности для популяционно-генетических исследований. Оценка степени генного разнообразия (Gst) народов этого региона показала, что их генофонд не только географически занимает промежуточное место между европейскими и сибирскими генофондами. Уровень генетических различий между этносами Волго-Урала (Gst = 1.91%) занимает как бы промежуточное положение между европейскими (Gst = 1.18%) и сибирскими народами (Gst = 5.84%), тяготея к европейскому типу (рис. 2). Изучение соотношения европеоидного и монголоидного вкладов в генофонд народов Волго-Уральского региона по данным полиморфизма ДНК-локусов выявило большую долю европеоидности. Самая высокая доля европеоидности обнаружена в популяциях мордвы (89.4%) и коми (81.0%), самая низкая - в популяциях башкир (62%) и марийцев (53%) . Это согласуется с данными антропологии и археологии.

Рис. 2 . Уровень генетических различий между этносами Сибири, Волго-Уральского региона и Европы

Полиморфизм мтДНК. Чтобы судить о генетическом разнообразии народов Волго-Уральского региона по материнской линии, была определена последовательность гипервариабельного участка митохондриальной ДНК (377 нуклеотидов) и проведен анализ полиморфизма мтДНК с использованием 26 эндонуклеаз (ферментов рестрикции). Полученные данные анализировались методом так называемых медианных сетей. Медианная сеть - один из графических вариантов представления данных о полиморфизме ДНК, который позволяет проследить дивергенцию митохондриального генома от предковой ДНК. В качестве предкового выбирается гаплотип, который широко распространен в данной популяции и включает наиболее частые аллели, характерные для данного этноса. В процессе такого анализа в единую медианную сеть соединяются посредством линий сотни и тысячи соседствующих, наиболее близких индивидуумов. В этой сети узловые соединения совпадают со специфическими гаплотипами, определенными по характерным мутациям изучаемого генома.

При сравнительном изучении мтДНК у народов Волго-Уральского региона выявленные гап-лотипы были отнесены к определенным линиям в соответствии с классификацией Макуолли . Для большинства расовых и географических групп установлена специфичность типов мтДНК (рис. 3). Более 90% всех типов мтДНК народов Западной Евразии принадлежит к линиям Н, J, V, 1, К, Т, U, W и X, которые рассматриваются как потомки европейского генного пула, существовавшего в верхнем палеолите. Митохондриальный геном азиатских популяций включает два суперкластера М и N, которые соединяются в африканском макрокластере L3. Последний рассматривается в качестве общего предка для всех неафриканских популяций мира. Около 50% линий мтДНК коренных жителей Азии принадлежит к суперкластеру М, который подразделяется на линии С, Z, D, G, Е и др. . Суперкластер N в Азии делится на несколько линий: А, Y, В, F.

Рис. 3. Медианная сеть, демонстрирующая полиморфизм мтДНК в популяциях Европы, Азии и Африки

Линии D, С, Z, G суперкластера М, линии A, Y суперкластера N и линии В, F суперкластера R характерны для азиатских популяций; линии 1, X, W суперкластера N и линии V, Н. Т, J, U, К суперкластера R - для европейских; линии LI, L2, L3, М1 и U6 принадлежат африканским народам