китайцы, народ хань. В результате был идентифицирован ген
EPAS1, демонстрирующий множество мутаций, которые появляются с частотой 85 % у тибетцев и только 5 % у популяции хань, при этом в остальной части генома две эти популяции отличаются очень мало. Этот ген кодирует белок, входящий в семейство транскрипционных факторов, индуцируемых гипоксией (или HIF, от hypoxia-inducible factors на английском) – то есть факторов, регулирующих ответ клеток на кислородное голодание. Факторы HIF вызывают повышенную секрецию эритропоэтина, стимулирующего образование красных кровяных телец (эритроцитов), увеличивая таким образом концентрацию гемоглобина и, следовательно, кислорода в крови. Важное обстоятельство: мутация, задействованная в генетической адаптации к гипоксии у тибетцев, обнаруживается также в геноме денисовского человека. Это наводит на мысль, что благоприятный вариант появился у денисовцев и затем был унаследован людьми современного типа при гибридизации с ними. В одной из следующих глав мы подробно рассмотрим это так называемое «древнее» скрещивание с точки зрения его адаптивного значения для современного человека.
Другие гены – кандидаты на участие в ответе организма на кислородное голодание были идентифицированы в популяциях, живущих в Андах и на Эфиопском нагорье. У них наблюдаются потенциально благоприятные мутации в генах, относящихся к группе HIF (как, например, EGLN1 или BHLHE4). Кроме того, у них обнаруживаются локальные варианты в генах, не входящих в семейство HIF. Как и в случае переваривания молока во взрослом возрасте, адаптация к гипоксии представляет собой показательный пример конвергентной эволюции, когда разные мутации, разные гены и механизмы приводят к появлению одного и того же фенотипа, позволяющего адаптироваться к недостатку кислорода, характерному для высокогорных районов.
…и гипоксия при апноэ
Совсем не обязательно жить в горах, чтобы испытать недостаток кислорода. Апноэ – произвольная остановка дыхания – также приводит к гипоксии. В среднем время, на которое человек может задержать дыхание, – это несколько десятков секунд, иногда чуть более минуты; редко можно добиться большего результата без тренировки. Однако существует особенный народ, представителям которого удается оставаться в состоянии апноэ в течение… тринадцати минут! Речь идет о баджо – народе, живущем между Филиппинами, Индонезией и Малайзией. Их еще называют «морскими кочевниками». Основным их занятием является ловля рыбы и моллюсков, от которых зависит их пропитание и выживание, и поэтому баджо проводят приблизительно 60 % дневного времени, ныряя в поисках добычи на глубину до 60 метров, что соответствует условиям крайнего физиологического стресса. Эта уникальная адаптация, позволяющая баджо совершать длительные и повторяющиеся погружения, долгое время рассматривалась научным сообществом как случай простой «фенотипической пластичности», другими словами – способности организма, вне зависимости от генетического кода, отображать различные фенотипы в соответствии с условиями окружающей среды.
В своем исследовании Мелисса Илардо и Расмус Нильсен из Калифорнийского университета в Беркли попытались определить, есть ли у этой адаптации генетическая основа. Анализ генома баджо выявил, что они адаптировались к острой гипоксии за счет гипертрофии селезенки: в норме в ответ на апноэ этот орган сокращается в размере, обеспечивая необходимое количество кислорода благодаря выбросу красных кровяных телец (эритроцитов); и все это происходит под контролем генов. Представители народа баджо отличаются селезенкой значительно большего размера по сравнению с представителями народа салуан – популяции, живущей неподалеку и не занимающейся нырянием. Увеличенная селезенка наблюдается у всех представителей народа баджо, а не только у ныряльщиков, и это противоречит гипотезе о фенотипической пластичности. Более того, эта особенность возникает благодаря варианту гена PDE10A, влияющего на работу щитовидной железы и на размер селезенки. Поскольку гормоны щитовидной железы регулируют эритропоэз (процесс образования эритроцитов) в ходе развития человека после рождения, то селезенка большего размера у представителей народа баджо может быть результатом увеличенного объема эритроцитов.
Тот факт, что данная мутация демонстрирует сигнатуры положительного отбора в популяции баджо, позволяет предположить, что генетическая адаптация ее представителей – это ответ на их особый образ жизни, а благоприятным признаком здесь является увеличение числа насыщенных кислородом клеток. Кроме того, это исследование выявило новый физиологический механизм адаптации к экстремальным условиям окружающей среды, с которыми приходилось сталкиваться человеку. Случай народа баджо предоставил нам еще один прекрасный пример генетической адаптации человека к культурным нововведениям, подобно способности употреблять молоко, связанной с навыком скотоводства. Эти два разных примера наглядно демонстрируют связь биологической и культурной эволюции на протяжении последних тысячелетий нашей истории. Мы еще вернемся к этому вопросу и рассмотрим его более детально.
Адаптации не прекращаются
Мы с вами рассмотрели несколько примеров фенотипических признаков, которые, по всей вероятности, в нашем прошлом были полезны для выживания в специфических условиях окружающей среды. В какой же степени влияние отбора сохраняется в более поздние периоды? Именно на этот вопрос попыталась дать ответ команда Джонатана Притчарда из Стэнфордского университета в 2016 году. При выявлении положительного отбора основная часть имеющихся статистических методов была рассчитана на его оценку в больших масштабах времени. Команда же Причарда, наоборот, воспользовалась новым методом – по-английски он был назван singleton density score или SDS, – позволяющим отследить недавние и кратковременные изменения в частотности мутаций, проведя таким образом оценку отбора на протяжении последних 2000 лет. В качестве данных на входе этот метод берет полные геномы, что до совсем недавнего времени было довольно затратно, но теперь стало гораздо более доступно благодаря развитию геномики.
Применив этот новый метод к более чем 3000 полных геномов британцев, исследователи идентифицировали целый ряд вариантов, которые очевидно продолжали оставаться полезными на протяжении последних двух тысячелетий. В числе ярких примеров мы находим аллель, связанный с устойчивостью лактазы – значит, благотворное воздействие этого варианта гена сохранялось и в совсем недавнее время. Метод SDS выявил также сильные сигналы положительного отбора в области генома, где находятся человеческие лейкоцитарные антигены (или HLA, то есть Human Leukocyte Antigens, которые представляют собой, как мы видели, главный комплекс гистосовместимости у людей, задействованный в иммунном ответе). Еще один пример – сохранение генов, участвующих в пигментации, благоприятствующих светлым волосам и голубым глазам, – вероятно, вследствие полового отбора.
Также в ходе этого исследования были идентифицированы отдельные случаи полигенного отбора, «активного» до сравнительно недавнего времени. Например, некоторые гены благоприятствуют увеличению роста, окружности головы младенца и его веса при рождении или же ускорению полового созревания у женщин, тогда как другие способствуют снижению уровня гликированного гемоглобина или индекса массы тела исключительно у мужчин. Тем не менее, зная о потенциальной погрешности с учетом стратификации популяции – как мы уже видели в случае с ростом, пусть и в пределах Великобритании, – мы должны относиться к этим результатам с осторожностью. За исключением этой методологической погрешности, данное исследование представляет интерес тем, что предлагает