редко показывающимся солнцем, от влажных тропических лесов с крайне неблагоприятными условиями для жизни до высокогорий с низкой концентрацией кислорода, как, например, в Гималаях или в Андах. За последние двадцать лет изучение геномов человеческих популяций, живших в таких местах, много рассказало нам о том, каким образом человек способен генетически адаптироваться к климату, к пищевым ресурсам и, помимо прочего, к инфекциям. В частности, обнаружилось – и это главное открытие, – что гибридизация была основным фактором адаптации наших предков к новым условиям окружающей среды, с которыми они сталкивались по мере расселения. Например, именно благодаря скрещиванию с денисовцами тибетцы могут жить на большой высоте в экстремальных условиях нехватки кислорода; а благодаря гибридизации с неандертальцами первые европейцы приобрели способность противостоять холоду и справляться с патогенами, в особенности с вирусами.
Патогенам в этой книге уделяется особое внимание, так как они сопровождают нас со времени нашего появления на Земле. Их присутствие, вероятно, было основным фактором, влияющим на смертность нашего вида, до тех пор, пока не улучшились условия гигиены и не были открыты, на рубеже XIX и XX веков, первые вакцины и антибиотики. Однако снижение уровня смертности от инфекционных болезней прослеживается лишь в странах, где есть доступ к последним достижениям медицины. Но даже в развитых странах можно видеть, к каким потерям способен привести один простой патогенный организм – возбудитель инфекции: в декабре 2019 года появление коронавируса SARS-CoV-2, который вызывает COVID-19, вынудило треть человечества закрыться на карантин! Это крайне убедительное напоминание об уязвимости нашего вида перед лицом внезапных и непредсказуемых изменений окружающей среды.
Так вот, представим себе кризис системы здравоохранения, вызванный COVID-19, но без больниц, без аппаратов ИВЛ, без антибиотиков, в отсутствие гигиены и без всякой возможности разработать вакцину. Именно в таких условиях жили люди на протяжении более 99 % своей истории. Последствия с точки зрения человеческой смертности были таковы, что мы можем и сегодня увидеть их следы в наших геномах. И благодаря изучению этих следов – свидетельств естественного отбора, произведенного патогенами в прошлом, – мы сегодня можем идентифицировать человеческие гены, сыгравшие и все еще играющие ключевую роль в бесконечной гонке вооружений, которую представляет собой борьба нашего организма с инфекционными заболеваниями.
Тем не менее, поскольку условия окружающей среды меняются с течением времени, могут возникать и негативные побочные явления, связанные с адаптацией человека к среде. То, что в прошлом способствовало адаптации, после изменений в окружающей среде или образе жизни приводит к дезадаптации: например, к появлению некоторых современных болезней, таких как аутоиммунные заболевания, аллергии, повышенное давление или ожирение.
Выяснилось, что изучение эволюции наших генов, в особенности связанных с формированием иммунного ответа, – это очень многообещающее направление. Оно дополняет исследования в области иммунологии, клинической генетики и эпидемиологии и помогает лучше понять генетические и прочие факторы, связанные с тем или иным ответом нашего организма на инфекции. В свете прогресса, достигнутого в геномике человека и в методах анализа больших данных, выражение Феодосия Добржанского «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции» справедливо как никогда. И поскольку знания в области генетики, по всей вероятности, становятся важнейшими для эффективности терапии, мы можем пойти еще дальше и, перефразируя Добржанского, заявить: «Ничто в медицине не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».
Мы – порождение нашего прошлого, нашего выхода из Африки, нашей адаптации к среде обитания, наших многочисленных гибридизаций – как с исчезнувшими видами человека, так и с другими популяциями Homo sapiens. Чтобы заглянуть в нашу историю и проследить путь, соединяющий эволюцию человека и его деятельность, изменившую окружающую среду, геномика создала новые методы, позволяющие изучать процесс развития и его результат с невероятной точностью. Эта наука тем более ценна, что дает нам надежду на развитие медицины, более приспособленной к каждому индивиду. Изучив все детали генома конкретного пациента, мы сможем сделать лечение более целесообразным и точным. Глубже познавая тайны природы и действие ее механизмов, мы можем использовать их более эффективно, чтобы защищать наши слабые места или бороться с патогенами, вызывающими инфекционные болезни. Как пошутил когда-то Луи Пастер – самый известный в мире французский ученый и отец микробиологии: «Лучший врач – это природа: она исцеляет три четверти всех болезней и при этом не ругает собратьев по профессии».
Часть I
От Дарвина к геномике
Откуда мы пришли? На этот вопрос истории человечества существует множество ответов. Поражающие воображение рассказы о нашем происхождении, предложенные мифами и религиями, оставили отпечаток в культурах надолго. Наука сегодня приводит ответы другого рода: ее задачей является описывать и объяснять то, что мы можем знать о нашем происхождении – начиная со знаний о развитии живого организма, которые мы накопили и которые постоянно усовершенствуем. Основное направление задано теорией эволюции – следствием учения Дарвина. Эта теория станет нашей отправной точкой. Затем к ней добавится открытие ДНК и основ генетики, затем появление популяционной генетики, которая приведет нас к современному знанию о разнообразии наших геномов – потрясающему инструменту для изучения современного человека, а также всего того, чем он обязан своему прошлому.
Для популяционной генетики все началось в 1859 году, с публикации «Происхождения видов» – потрясающей книги Дарвина, ознаменовавшей начало эры эволюционного учения. Чуть менее полутора веков спустя, в 2001 году, секвенирование генома человека произвело революцию в геномике. В период между этими двумя датами ученые совершили множество открытий, были усовершенствованы теории, появились новые технологии, благодаря чему мы можем теперь лучше понять эволюцию человека и дать новые ответы на вопрос: «Кто мы?».
Популяционная генетика базируется на двух дисциплинах: эволюционном учении и генетике. Эти науки появились независимо друг от друга в середине XIX века: их основателями были соответственно Чарлз Дарвин и Грегор Мендель. Но потребуются целые десятилетия, чтобы биологи увидели связь между основными процессами эволюции и принципами наследования. Конечно, у Дарвина были и предшественники, предвосхитившие или угадавшие идею эволюции. Еще во времена Античности некоторые философы – такие как Анаксимандр Милетский[3] или Эмпедокл[4] – имели представление об эволюции, о постоянном изменении и объяснимом без сверхъестественного происхождении жизни. Похожие озарения возникали и позднее, в эпоху Просвещения – например, у Дени Дидро[5]. Однако влияние учений, отстаивающих божественное происхождение живых существ, и в особенности груз двух тысячелетий христианства оттянули появление в Европе эволюционистской идеи до начала XIX века.
Дарвин смог преодолеть эту преграду, и посеянные им семена дали быстрые всходы. Минувший век собрал богатый научный урожай: он подарил нам принципы популяционной