Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы - Брайан Сайкс

Проследить генеалогию всех тридцати тысяч генов, следуя по всем лабиринтам этих пересечений, не представляется возможным. Добавьте к этому рекомбинацию, и мы получим задачу поистине непостижимой сложности. Перетасовка хромосом в каждом поколении означает, что любой ген может сам оказаться комбинацией, получив часть от одного и часть от другого родителя. Читать индивидуальные версии истории человечества по генам и их частичкам, находящимся в клеточном ядре, задача на сегодняшний день непосильная. Пройдет, думаю, немало лет, прежде чем наука дойдет до того уровня, который позволит продвинуться в изучении человеческой истории дальше тех грубых обобщений, о которых мы уже можем, хотя и приблизительно, судить сегодня, на основании такого показателя, как повторяемость генов.

Однако один ген — точнее даже, одна хромосома — устойчива к этим кошмарным осложнениям. Она называется Y-хромосома (игрек-хромосома) и имеет только одно жизненное предназначение: создавать мужчин. По сравнению с другими хромосомами она маленькая, чахлая и несет только всерьез значимый один ген. Это ген, который не позволяет человеческому зародышу превратиться в маленькую девочку. Дело в том, что в отсутствие Y-хромосомы человеческий эмбрион, по умолчанию, развивается в ребенка женского пола, такой путь для него естественен. Если же в зародыше присутствует Y-хромосома и если ген, получивший невыразительное название — три латинские буквы SRY, работает правильно, он запускает ряд других генов на разных хромосомах, и те изменяют сценарий развития эмбриона, направляя его так, что вместо девочки он становится мальчиком. Ген SRY активирует гены на других хромосомах, которые подавляют развитие яичников, а вместо этого стимулируют развитие семенников и продукцию мужского полового гормона тестостерона.

Два наблюдения определили ключевую и решающую роль упомянутого гена в определении пола. Очень редко, примерно в одном случае на двадцать тысяч, на свет появляется девочка с Y-хромосомой. Эти девочки нормально развиты в умственном и физическом отношении, и внешне они не отличаются от других, разве только ростом повыше, чем их сверстницы. Но в период полового созревания их яичники не развиваются должным образом, и поэтому они не могут иметь детей. Генетический анализ Y-хромосом этих девочек показал, что гена SRY у них либо нет вовсе, либо в нем имеется мутация, из-за которой раз­витие эмбриона пошло неправильно. Другое наблюдение проведено на лабораторных мышах и свидетельствует, что присутствия одного гена SRY достаточно, чтобы получить самца. Самцы мыши тоже имеют Y-хромосомы, которые несут ген, эквивалентный человеческому гену SRY — у мышей его, поддавшись взрыву вдохновения и бурной фантазии, назвали Sry. В очень элегантном эксперименте в области генной инженерии ген Sry, полученный у самца мыши, клонировали и трансплантировали его в оплодотворенную яйцеклетку мыши, которой предстояло развиться в самку. Невзирая на тот факт, что в наличии был только клонированный ген, а не вся Y-хромосома, эмбрион превратился в самца.

Стало быть, пол будущего ребенка определяют именно так. Отцы, будучи мужчинами, обладают Y-хромосомой. Половина их сперматозоидов тоже содержат Y-хромосому с геном SRY, а у другой половины сперматозоидов — Х-хромосома. Пол будущего младенца целиком и полностью зависит от того, какую из этих двух хромосом — Y или X — содержит сперматозоид, оплодотворивший яйцеклетку матери. Если повезло сперматозоиду, несущему Х-хромосому,— ребенок будет девочкой. Если его опередит сперматозоид с Y-хромосомой, тогда родится мальчик. Женщина никак не влияет на пол будущего ребенка. Скольких женщин минувших эпох это известие могло осчастливить...

Как часто в неспособности (а то и нежелании) произвести на свет сына обвиняли именно жен.

Точно так же, как митохондриальная ДНК сопровождает «материнскую» генеалогию через поколения, Y-хромосома, наследуемая сыновьями от отцов, должна была бы проследить, как зеркальное отражение, «отцовский» путь от одного поколения к другому. Если бы Y-хромосому можно было маркировать генетически, если бы она не была вовлечена в рекомбинацию, которая перетасовывает информацию, тогда бы мы имели хорошие основания считать, что нашли прекрасное дополнение к митохондриальной ДНК, помогающее читать историю не женщин, а мужчин. Y-хромосома, как и все остальные хромосомы ядра,— это очень длинная, линейная молекула ДНК. В то время как кольцеобразная молекула митохондриальной ДНК состоит всего из шестнадцати с половиной тысяч оснований, Y-хромосома растянулась от одного конца до другого на шестьдесят миллионов оснований. Для хромосомы человека это отнюдь не предельный размер, но все же митохондриальная ДНК «укладывается» в нее более чем в четыре тысячи раз. Кроме этого, в пределах хромосомы происходит некоторая перетасовка генов. На каждом конце Y-хромосомы есть секция ДНК, которая участвует в рекомбинации с Х-хромосомой, но поскольку эти секции небольшие и составляют всего 10% всей хромосомы, то это не представляет серьезной проблемы. Гены, расположенные в рекомбинирующей части Y-хромосомы, не смогут свидетельствовать о генеалогии, непредсказуемо переходя от мужчин к женщинам, как и другие «ядерные» гены. Однако оставшиеся девяносто процентов Y-хромосомы между двумя кончиками, участвующими в рекомбинации, не перемешиваются. Этот длинный сегмент путешествует из поколения в поколение неизменным. Но отличаются ли Y-хромосомы друг от друга и если отличаются, то в чем различие между ними? При условии многообразия и различий между ними Y-хромосомы могут быть использованы для прочтения человеческой истории. Ведь если бы все Y-хромосомы были совершенно одинаковы, они бы никак не соответствовали нашим целям.

Хромосомы — объект интенсивного изучения специалистов-цитогенетиков, которые трудятся в лабораториях медицинской генетики. Здесь могут поставить диагноз наследственных нарушений, как, например, синдром Дауна, или объяснить причины бесплодия. Занимаясь этими исследованиями, цитогенетики заметили, что некоторые Y-хромосомы были намного длиннее, отклоняясь от среднестатистической длины. Это, конечно, звучало многообещающе, но вряд ли помогло бы с точностью различить Y-хромосомы у большого количества испытуемых. Кроме того, длина Y-хромосом не была стабильной, изменялась от одного поколения к следующему. Нам требовался столь же надежный метод тестирования ДНК Y-хромосомы, что и тот, благодаря которому митохондриальная ДНК стала такой героиней. Тогда просто и дешево можно было бы напрямую идентифицировать Y-хромосомы сотен и тысяч добровольцев. Но как определить, в каких участках Y-хромосом имеются наибольшие различия между людьми, как найти эти участки?

Все многочисленные варианты митохондриальной ДНК сконцентрированы в маленькой кольцеобразной молекуле, длиной всего несколько тысяч оснований. Еще удобнее работать с контрольным регионом, в котором на отрезке длиной в шестьсот оснований сосредоточена треть всей информации — такое количество оснований можно без труда проанализировать на специальном автомате, который определит последовательность в один присест. Можно ли подыскать нечто подобное в Y-хромосоме? Ответа пришлось ждать недолго. Сразу многие лаборатории, надеясь на успех, начали искать различия между Y-хромосомами, сопоставляя последовательность какого-либо сегмента Y-хромосом у добровольцев, подбирая для этого сравнения как можно больше разных и не связанных между собой людей. Одно из первых исследований определило последовательность четырнадцати тысяч оснований в Y-хромосомах двенадцати человек из самых разных географических регионов. При этом была обнаружена только одна мутация. Если бы у того же количества людей взяли четырнадцать тысяч оснований митохондриальной ДНК, исследование показало бы десятки мутаций. Другая лаборатория определила последовательность сегмента одного гена Y-хромосомы, длиной 700 оснований, у тридцати восьми человек — не было обнаружено ни единой мутации!

Для ученых, которые этим занимались (слава Богу, меня среди них не было), результаты были удручающими. Было о чем подумать. Почему Y-хромосомы по всему миру такие одинаковые? Y-хромосомы не несли в себе никаких значимых генов, которые бы заслуживали внимания, а были полны «бросовой» ДНК, не имеющей очевидной функции. Но именно поэтому в Y-хромосоме можно было ожидать большего, а не меньшего количества вариаций, чем в обычных, богатых генами хромосомах. Мутациям ничто не мешает скапливаться в «бросовой» ДНК, потому что это ни на что не влияет, и точная последовательность большой роли не играет. Мутации, возникающие в тех генах, которые имеют действительно важные функции, по большей части препятствуют осуществлению этих функций и поэтому вскоре устраняются в результате естественного отбора. То, что в Y-хромосоме почти не было обнаружено мутаций, было странным и загадочным.