Читать интересную книгу Генетическая одиссея человека - Спенсер Уэллс

Эксперимент, который мы только что провели с нашим бактериальным супом, показал, что происходит в любой экспоненциально растущей популяции, где потомство удваивается в каждом поколении. Совершенно очевидно, что популяция быстро увеличивается в размерах — если бы мы действительно позволили бактериям беспрепятственно делиться в течение нескольких дней, они бы заполонили всю нашу планету. Однако гораздо важнее для нашей истории причина такого бурного роста популяции. А заключается она в том, что в популяции каждый индивидуум оставляет потомство. Никто не проигрывает в эволюционной лотерее — у каждой бактерии есть дети, у всех ее детей есть дети, и так далее. Это оказывает интересный эффект на генетическую структуру популяции.

Как мы теперь знаем, ответ на вопрос, сколько в среднем генетических различий между бактериями, составляющими растущую популяцию, зависит от того, как долго популяция росла. В действительности существует распределение различий между отдельными бактериями, отображаемое колоколообразной кривой Гаусса, которой нас мучили в школе на уроках математики. Среднее значение этого распределения (среднее количество различий между индивидуумами в образце) зависит от времени, в течение которого растет популяция. Если мы представим себе кривую как волну, движущуюся по мере накопления различий слева направо, то чем правее (другими словами, чем дальше от нуля), тем больше в популяции накопилось мутаций. И как при сравнении последовательностей гемоглобина лошади и гориллы, скорость, с которой волна движется слева направо, предсказуема, потому что скорость, с которой случаются мутации — постоянна, наши молекулярные часы отсчитывают время в А (а также в Ц, Г и Т). Благодаря этому мы можем вычислить время экспоненциального роста популяции, измеряя среднее значение распределения — середину волны. «Хорошо, — скажете вы, — это может быть интересно в качестве лабораторного упражнения университетского курса генетики, но совсем не относится к предмету нашего обсуждения… если, конечно, мы не увидим такую же модель и для других организмов».

Генри Харпендинг, антрополог из Пенсильванского университета, провел со своими коллегами анализ распределения генетических различий между последовательностями человеческой митохондриальной ДНК и обнаружил поразительную закономерность. Во-первых, распределение различий, называемое распределением несоответствий, совершенно ясно указывало на то, что человеческая популяция действительно росла так же быстро, как и бактерии. Плавная колоколообразная кривая красноречиво указывала на то, что человеческий вид разрастался с большой скоростью. В популяциях, имеющих постоянный (или уменьшающийся) размер, кривая распределения начинает деградировать, становясь со временем зубчатой из-за неравномерной потери генетических линий вследствие генетического дрейфа или, возможно, отбора. Таким образом, существует ясный генетический сигнал о быстром увеличении человеческой популяции. Но самым интересным стало рассчитанное Харпендингом время предполагаемого начала ее увеличения — примерно 50 000 лет назад, что соответствует нашей оценке времени, когда люди современного типа начали мигрировать из Африки, и почти точно — наступлению верхнего палеолита.

Рисунок 5. Распределение несоответствий митохондриальных ДНК (мтДНК) двух растущих популяций. Чем дольше росла популяция, тем выше среднее значение различий в последовательностях ее мтДНК

Харпендинг и его коллеги изучили данные по мтДНК двадцати пяти популяций из разных уголков Земли, и все они, за исключением двух, свидетельствовали об экспоненциальном росте этих популяций на протяжении последних 50 000 лет. Как показали другие данные, две популяции с зубчатым распределением недавно резко уменьшились в размере, и, таким образом, подобный анализ действительно способен дифференцировать эти два сценария. Кроме того, похоже, что популяции увеличивались фактически независимо друг от друга. Первыми примерно 60 000 лет назад начали африканцы, вслед за ними 50 000 лет назад — азиаты и, наконец, европейцы — 30 000 лет назад. Это был ошеломляющий результат. Данные по мтДНК полностью согласовывались с археологическими свидетельствами развития технологии верхнего палеолита: сначала в Африке, затем в Азии и, наконец, в Европе — совпали даже даты. Казалось, что «большой скачок» оставил свой генетический след в нашей ДНК, зафиксировав развитие доминирующих технологий по всему миру. В нем же содержался и намек на маршрут, однако деталей путешествия пришлось ждать до тех пор, пока дорогу не показали сыновья Адама.

Глобальное похолодание

Когда я рос в городе Лаббок, расположенном в районе так называемого Техасского выступа, мы привыкли определять географическое расстояние в единицах времени. Мы частенько говорили, что расстояние между Лаббоком и соседним городом Браунфилд — «около сорока пяти минут», а не 50 миль. Это связано с тем, что каждый, отправлявшийся в эту поездку, был за рулем автомобиля, а большинство водителей ездили со скоростью около 60 миль/ч, что дает нам приблизительный пересчет между временем и расстоянием.

На протяжении большей части истории человечества расстояние выражалось подобным же образом. Древнейшие люди могли описывать расстояние в количестве времени, затраченного на дорогу. Я пишу это, находясь в своем доме в Восточной Англии, вблизи города Садбери, но если бы я описывал его человеку эпохи палеолита, я мог бы упомянуть, что он находится на расстоянии трех дней пути из Лондона. Подобным же образом наши предки, жившие десятки тысяч лет назад, должны были представлять свою территорию с точки зрения времени и усилий, необходимых для ее обхода. Лука Кавалли-Сфорца и археолог Альберт Аммерман подсчитали, что популяции, занимавшиеся сельским хозяйством, осваивали новые территории со скоростью примерно 1 км в год. Охотники-собиратели, будучи более мобильными, могли перемещаться в несколько раз быстрее. Наверняка пройденные в действительности расстояния были намного больше. Хотя несколько километров в год — верная оценка средней скорости, с которой осваивают новые территории современные охотники-собиратели, живущие во многом так же, как и наши предки эпохи верхнего палеолита.

Учитывая эту скорость передвижения, можно предположить, что путь из северо-восточной части Африки до Берингова пролива, расположенного на противоположной стороне евразийского континента, занял бы несколько тысяч лет. Гипотетически сегодня это расстояние можно преодолеть за один перелет, если вылететь из г. Джибути, расположенного на Аравийском полуострове, пересечь Аденский залив и приземлиться в поселке Провидения (Россия), откуда рукой подать до Аляски. Но около 50 000 лет назад, когда наши предки начали свое путешествие через континент, было невообразимым преодолеть такое расстояние за раз. Скорее всего, путешествие через Евразию происходило незаметно и измерялось по другой временной шкале — по шкале дистанций между поколениями. Эти древние часы тикали, пока отдельные группы людей постепенно мигрировали на новую территорию следом за животными в поисках воды или растений, или, возможно, каменных пород, пригодных для изготовления орудий труда. Некоторые перемещения были спровоцированы конфликтами с другими человеческими группами. А возможно, причин было несколько — как те, что мы перечислили, так и те, какие мы сегодня и представить себе не можем. Какова бы ни была причина того, что палеонтолог Крис Стрингер призвал «Африканским исходом», это путешествие должно рассматриваться не как сознательное стремление пересечь континент, а скорее как постепенное расширение границ распространения, обусловленное в основном причинами, кажущимися маловажными. Это мало чем отличается от того, как зубная паста понемногу выдавливается из тюбика. При этом движущей силой, действующей в этом сценарии по принципу кнута и пряника, является климат. Ухудшение условий на родине вынуждает мигрировать, а изменение климата может способствовать возникновению новых ресурсов в отдаленных районах. Совокупность этих сил постепенно в течение тысяч лет выдавливает популяцию людей из географических «тюбиков», то туда, то сюда, пока люди не распространятся далеко за пределы своей первоначальной родины.

Хотя это и вполне правдоподобное объяснение тому, что побуждало древних людей перемещаться по Евразии, нас интересуют генетические данные, необходимые для выяснения деталей их путешествия. Генетика ответила на вопрос «кто?» (африканцы) и «когда?» (50 000 лет назад), и у нас есть несколько теорий о том, «почему?» (изменения окружающей среды), но теперь мы должны спросить, как наши предки 50 000 лет назад попали в Евразию, и каким маршрутом они могли следовать. Для этого нам необходимо вернуться к нашему изучению палеоклиматологии и задаться вопросом, как выглядела Северо-Восточная Африка пятьдесят тысячелетий назад.