для каждого вида. Дело в том, что среди семейств генов, которые исчезают и вновь появляются, гораздо чаще встречаются задействованные в иммунитете. Возьмем очень показательный пример: в семействе иммуноглобулинов и генов HLA, являющихся основой иммунитета, наблюдаются значительные различия в наборах генов между людьми, шимпанзе и макаками.
Все эти наблюдения позволяют предположить, что естественный отбор способствовал разнообразию некоторых генов или семейств генов, связанных с иммунитетом, но действовал неодинаково у разных видов, и это привело к различиям между этими видами в отношении иммунного ответа и клинического проявления некоторых инфекционных заболеваний.
Следы патогенов прошлого в современных геномах
За последние годы множество исследований было посвящено влиянию естественного отбора на формирование геномов людей. Их результаты позволили предположить следующее: причиной отбора, лежащего в основе разнообразия генов иммунитета, является наличие патогенов. Эта гипотеза проверялась многими учеными: они пытались найти корреляцию между генетической изменчивостью человеческих популяций и изобилием патогенов в различных географических регионах.
Первое исследование такого рода было выполнено Франком Пруньолем (Научно-исследовательский институт развития в Монпелье[95]). Он изучал комплекс HLA (человеческих лейкоцитарных антигенов). Этот комплекс демонстрирует высокий уровень генетического разнообразия, что объясняется влиянием стабилизирующего отбора. В ходе исследования обнаружилось, что в популяциях, населяющих регионы с большим разнообразием патогенов, наблюдается также значительное разнообразие некоторых генов HLA (их называют генами главного комплекса гистосовместимости I класса), особенно HLA-B. В дальнейшем многие исследования, использовав тот же самый подход, показали, что другие гены, связанные с защитой человеческого организма, – например, антигены групп крови или интерлейкины – демонстрируют уровни разнообразия, коррелирующие с присутствием специфических патогенов – микробов и паразитов (вирусы, бактерии, простейшие, паразитические черви). Конечно, во всех этих исследованиях подразумевается, что изобилие патогенов остается неизменным с течением времени, и не принимается в расчет степень их болезнетворности (патогенности): это моменты, которые требуют дополнительной проверки. Тем не менее, результаты исследований подтверждают идею, что отбор, лежащий в основе разнообразия генов иммунитета, происходит под влиянием присутствия патогенов.
Разумеется, отдельные корреляции генетического разнообразия человека с присутствием патогенов могут зависеть от других показателей окружающей среды, которые, в свою очередь, сами связаны с количеством патогенов – это такие факторы, как климат, режим питания или образ жизни. Это обстоятельство решили в 2011 году изучить Маттео Фумагалли и Расмус Нильсен из Калифорнийского университета в Беркли. Они исследовали зависимость частот аллелей около 500 000 генетических вариантов у 55 человеческих популяций от разных экологических переменных, описывающих среду обитания: были учтены климатические переменные (температура, влажность, осадки, уровень инсоляции и т. д.), образ жизни и способ добывания пищи (охота, собирательство, земледелие, рыбная ловля, скотоводство) и количество патогенов (вирусы, бактерии, протозои и гельминты).
Изучив влияние всех этих переменных, исследователи определили, что патогены остаются главной движущей силой локальной адаптации популяций. К такому выводу они пришли, проанализировав 103 гена, разнообразие которых – с учетом поправки на численность популяции – в сильной степени коррелирует с разнообразием патогенов. Также они показали, что такие гены обладают дополнительными биологическими функциями, полезными при взаимодействии с патогенами: воспалительный ответ и использование толл-подобных рецепторов (или TLR, от английского toll-like receptors). Это основы врожденного иммунитета, способствующие раннему распознаванию патогенов и активирующие ответную реакцию с целью их уничтожения.
Кроме того, очень вероятно, что паразитические черви – гельминты – оставляют в организме-хозяине более сильные следы воздействия отбора, чем вирусы, простейшие или бактерии. Это может оказаться следствием более медленной эволюции паразитических червей, которая выразилась в их мало изменяющемся географическом распространении. При этом в другом исследовании использовался диаметрально противоположный подход, основанный на анализе многовидовых данных, – и его результатом стал вывод, что из всех возбудителей инфекционных заболеваний вирусы оказали наибольшее воздействие на эволюцию млекопитающих, повлияв на развитие многих белков. Однако какими бы ни были специфические патогены, повлиявшие на отбор, следы которого мы находим в генах человека, эти исследования подчеркивают, что разнообразие генов иммунного ответа основывается на столкновении человека в процессе эволюции с возбудителями инфекционных заболеваний. Эта «гонка вооружений» определяла то, какими мы стали: нависающая над нами угроза заставила нас измениться.
Тщательно хранимое наследство
Все еще трудно идентифицировать конкретных возбудителей инфекционных заболеваний, участвовавших в эволюции человека и повлиявших на отбор, и характер этого влияния. Несмотря на некоторые ограничения, исследование воздействия естественного отбора на наши геномы, а также масштаба и формы его воздействия, оказалось крайне важным для выявления генов и функций, от которых зависит поддержание и увеличение генетического разнообразия, способствующего адаптации человека. При рассмотрении стабилизирующего отбора мы видели, что уровень генетического разнообразия может поддерживаться довольно долго, сохраняясь даже после появления нового вида: это уже упомянутый трансвидовой полиморфизм.
Примером длительного сохранения «эволюционного наследства» является главный комплекс гистосовместимости у позвоночных, или HLA у человека. В данном случае генетическое разнообразие получено по наследству от очень древних предков – как у приматов, так и у других млекопитающих, у птиц и у рыб. Точно так же было показано, что система групп крови АВО представляет собой трансвидовой полиморфизм, общий для разных видов приматов, включая человека. Кроме воздействия, связанного с патогенами, по всей вероятности, на поддержание трансвидового разнообразия в системах HLA и АВО повлияли и другие факторы – такие, как половой отбор.
Действительно, давно известно, что система HLA, используемая иммунной системой для распознавания «свой-чужой», играет важную роль в выборе полового партнера у многих видов позвоночных. Объяснением этого явления может служить гипотеза, что при спаривании с партнером, имеющим другие гены HLA, рождается потомство с разнообразным набором генов, участвующих в иммунитете, и это способствует устойчивости к инфекциям. Изучением этого явления у человека занимались Рафаэль Ше (Национальный музей естественной истории в Париже) и Кэрол Обер (Чикагский университет), которые показали, что на выбор партнера влияет состав генов HLA: то есть, судя по всему, мы неосознанно предпочитаем партнера с отличными от наших генами HLA. Пример такого полового отбора у человека был продемонстрирован в исследовании, проведенном на американцах европейского происхождения, европейцах и гуттеритах – этнорелигиозной общности христиан-анабаптистов, проживающих в основном в Канаде и Соединенных Штатах.
В 2019 году еще одно исследование Рафаэль Ше выполнила на популяциях с большей численностью и различным географическим происхождением. Оно наглядно подтвердило гипотезу, согласно которой гены HLA влияют на выбор партнера, но также показало сильную зависимость этого выбора от социального контекста. Как правило, в человеческих популяциях принято избегать генетически похожих партнеров, но в некоторых популяциях социальные установки, например гомогамия (обычай выбора партнеров внутри той же социальной группы – этнической, религиозной и т. д.), превалируют над биологическими факторами, участвующими в