Read the book: «Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов»

© Дроздова П.Б., перевод на русский язык, 2024

© Орлов М. А., предисловие, 2024

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024

* * *

Предисловие научного редактора

Легендарная надпись на храме, где прорицал дельфийский оракул, призывала человека прежде всего «познать самого себя». В наши дни этот принцип приобрел новое и очень актуальное звучание – в свете одной из самых передовых наук, геномики, и палеогеномики в том числе. Эта захватывающая область знаний показала нам, что последовательность ДНК генома человека – та самая, что есть у каждого и которую сейчас легко «прочитать», то есть секвенировать, – настоящий сборник остросюжетных историй о нашем эволюционном прошлом. Эти истории охватывают по времени тысячи и даже миллионы лет и сложным образом переплетены между собой.

Именно древним, хранящимся в геноме человека историям, и посвящена книга, перевод которой вы держите в руках. Хотя она, безусловно, относится к популярной литературе, ее автор – настоящий, признанный ученый Луис Кинтана-Мурси, профессор Коллеж де Франс и видный специалист по палеогеномике, генетике популяций человека и восприимчивости к инфекциям. Красочным, живым языком он рассказывает о том, что ему и его коллегам удалось узнать при «прочтении» ДНК – как современных жителей планеты Земля, так и давно умерших, оставивших после себя лишь горстку костей, простые орудия и – в качестве своеобразного «живого наследства» – особые участки в наших геномах.

При этом даже зуб или самая маленькая косточка (вроде того фрагмента пальца, благодаря которому совсем недавно был описан новый вид Homo denisovensis, денисовский человек) могут содержать пригодные для секвенирования участки ДНК. Геном человека – своеобразная «инструкция по изготовлению», которая определяет множество признаков каждого из нас, от цвета глаз до специфичности молекулы какого-нибудь фермента. Геном часто называют «генетическим текстом», поскольку он представляет собой последовательность из трех с лишним миллиардов «букв» – нуклеотидов, расположенных в определенном порядке. А еще геном – это настоящее хранилище памяти, генетической памяти о множестве удивительных событий, которые случились с нашими предками в прошлом и которые определяют, кто мы есть сейчас.

Прежде всего Кинтана-Мурси отдает должное тем революционным изменениям, которые произошли в биологии за последние десятилетия. Это и описание структуры ДНК в 1953 году, и формулировка центральной догмы молекулярной биологии (ЦДМБ), и изобретение методов секвенирования ДНК (то есть «чтения» последовательности), и многие другие. Эти эпохальные события сделали генетику и биотехнологии настоящими флагманами современной науки. Они открыли перед учеными и врачами небывалые перспективы, в том числе возможность очень дешево и быстро «читать» геномы (с помощью высокопроизводительных методов секвенирования NGS) и даже вносить в них избирательные «правки» (с помощью генного редактирования CRISPR-Cas).

Новая эра биологии позволила нам узнать очень многое об эволюционной истории людей и их ближайших родичей, а также о созданном эволюцией удивительном разнообразии людей – как исчезнувших с лица Земли, так и ныне живущих по всей бескрайней Ойкумене. Автор настойчиво повторяет, что на генетическом уровне различия между всеми нами – от инуитов Гренландии до племен Экваториальной Африки – все же куда меньше, чем можно предположить по внешнему виду.

Книга уделяет особое внимание миграциям людей. Homo sapiens, юное по сравнению с другими видами дитя биосферы, оказался на редкость непоседливым – с самого начала человек, словно подгоняемый каким-то «инстинктом путешественника», все время находился в пути. Благодаря этому сапиенсы постепенно заселили все крупные массивы суши на планете (кроме, разумеется, Антарктиды) и множество островов даже в самой отдаленной части Океании.

Странствующие популяции людей встречали друг друга в пути или сталкивались с потомками тех, от кого некогда откочевали. Это привело к бесчисленным скрещиваниям, или гибридизациям, к причудливому смешению фенотипических признаков и генов. Поэтому сейчас Кинтана-Мурси сравнивает множество народов с пестрым и разнообразным ковром.

В таких гибридизациях участвовали не только разные популяции человека современного типа, но и наши исчезнувшие родичи – неандертальцы (Homo neanderthalensis) и денисовцы (Homo denisovensis), от которых, впрочем, уцелели небольшие участки ДНК в наших геномах. Порой такое «наследство» связано с риском развития некоторых болезней.

Далее, попадая во все новые условия, подчас довольно экстремальные (густой экваториальный лес, холодный климат или разреженный горный воздух), мигрирующие люди были вынуждены адаптироваться: приобретать новые признаки, меняться и развиваться. Автор подчеркивает, что такие адаптации всегда условны – среди них нет «полезных» и «вредных», как нет и «правильных» или «ненужных» генов. В одной обстановке конкретные эволюционные изменения могут быть необходимы для выживания, но при смене условий – нести опасность гибели.

Кинтана-Мурси посвятил значительную часть книги тем адаптациям, которые человек был вынужден выработать для защиты от патогенов. Большую часть эволюции людей именно фактор инфекций имел решающее значение – и это оставило в наших генах неизгладимый след, который порой оборачивается для нас негативными последствиями.

Наконец, автор не обошел вниманием и другие, небиологические аспекты человеческой жизни – наш язык и культуру, которые также подверглись своего рода эволюции, отбору и даже «скрещиваниям» – при встречах и взаимопроникновении культур.

В книге обсуждаются основные события, изменившие образ жизни популяций и целых народов – вроде освоения огня, перехода к земледелию и скотоводству и т. д.

Удивительно, до чего часто автор начинает новую увлекательную историю со слов «Мне и сотрудникам моей лаборатории удалось показать, что…» Это дает представление о том, насколько хорошо автор владеет материалом, и подтверждает, что мы имеем дело с самыми последними достижениями науки.

Кинтана-Мурси не скрывает своей увлеченности и воодушевления от того, что он пишет. Поэтому книга читается на одном дыхании, вдохновляет и заставляет задуматься о многих вопросах, которые в ней подняты. Хочется не ограничиваться этим страницами и узнать побольше «палеогеномных историй» – и это совсем не трудно, ведь книга основана на множестве научных публикаций, ссылки на которые приведены в конце. Любой читатель может обратиться к ним и детально разобраться в том вопросе, который привлек его внимание, или задать себе новые вопросы.

А новые истории, то есть новые статьи, постоянно продолжают появляться, ведь интерес ученых и широкой аудитории к палеогеномике растет. Пока русский перевод книги, которую вы держите в руках, готовился к изданию, в мире палеогеномики произошло два очень важных события. Первое – это вручение Нобелевской премии по физиологии или медицине Сванте Паабо, мировому специалисту по эволюционной генетике, который не раз упоминается в настоящей книге. Сложно представить себе большее признание для ученого. Второе событие – это находка в Денисовой пещере на Алтае сразу двух коренных зубов, то есть новых образцов генетического материала денисовского человека. Всем, что мы знаем об этом вымершем виде, мы обязаны таким вот зубам и кусочку фаланги пальца. А ведь пятнадцать лет назад существование Homo denisovensis никто не мог себе даже вообразить…

Все это вселяет уверенность: множество удивительных открытий и «историй из далекого прошлого», записанных в наших геномах эволюцией, по-прежнему ожидают своего часа и вскоре дополнят те, о которых рассказывает Кинтана-Мурси.

Михаил Орлов

31 октября 2022 года

Введение
Откуда мы пришли? Кто мы? Куда мы идем?

С тех пор, как человек появился на Земле, он задает себе эти три вопроса. Он искал ответы в религии, в философии, в искусстве, в истории и, конечно, в науке. Именно так называется картина Поля Гогена – шедевр, написанный им в 1897 году и хранящийся в Музее изящных искусств в Бостоне. Художник уехал на Таити в поисках иных ценностей, неведомых западному обществу. Зрительный ряд его картины «читается» справа налево, в направлении, противоположном привычному европейцам. Справа вопрос «Откуда мы пришли?» передается в образе группы женщин с младенцем; в центре вопрос «Кто мы?» отражен в повседневной жизни молодых таитян и их связи с природой; слева на вопрос о будущем, «Куда мы идем?», отвечают символы старости и загробного мира.

Картина Гогена воспевает странствия, различия, разнообразие – различия людей, их полов и поколений, разнообразие мест и времени, в которых они живут. С этой точки зрения она очень перекликается с картиной человеческого мира, предлагаемой популяционной генетикой. Этот раздел генетики изучает генетическое разнообразие нашего вида, то есть людей, – а еще он рассказывает об их странствиях. Прогресс последних десятилетий в области генетики позволил разработать крайне эффективный исследовательский инструментарий: в применении к человеческому роду он обнаруживает необычайное разнообразие народов и индивидов, пестрым людским ковром покрывающих Землю. Он проникает в тайну строения организма на молекулярном уровне, помогает понять, как возникали различия под действием географических и экологических условий, и тем самым открывает новое измерение в человеческом знании. Ведь новый научный инструментарий уже не довольствуется «моментальным снимком» текущей ситуации, но позволяет преодолеть толщу времени и предложить «картинку в движении», детально воссоздавая, каким образом возникало человеческое разнообразие и как происходил долгий процесс, в результате которого человекоподобные существа постепенно распространились по всей поверхности Земли.

Как мы увидим на протяжении всей этой книги, рассмотреть разнообразие людей полезно для изучения нашей истории, процесса эволюции человека и его адаптации к меняющейся среде. Книга открывает перспективы и для медицины: новыми знаниями могут воспользоваться врачи для предупреждения и лечения болезней.

Наш труд посвящен человеческому разнообразию, ведь наш вид состоит из множества народов. Наше внимание по большей части будет уделяться генетическому разнообразию, но не только. Чтобы обнаружить, изучить и объяснить разнообразие людей, популяционная генетика принимает во внимание и другие факторы, влияющие на их различия: распространение индивидов, их языковое родство, их образ жизни и жизнеобеспечения, а также вся гамма их обычаев и социокультурных связей.

На сегодняшний день методы генетики вышли далеко за рамки биологии. Они также стали инструментом, с помощью которого пишется история. Как гласит известное высказывание Феодосия Добржанского¹, «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Стандартные рамки всех научных исследований в биологии определяются рамками эволюции: живые существа таковы, какими они стали. А следовательно, их изучение предполагает также необходимость проследить их историю.

История человеческого рода восходит ко временам очень отдаленным, и до нас дошли лишь немногочисленные свидетельства – если говорить о самых древних из наших предков, это всего лишь кучка костей. «Увы, бедный Йорик!», – восклицает Гамлет, глядя на протянутый ему череп… По правде говоря, после того как наступает наш час заплатить скорбную дань краткости человеческого существования, от нас остается не так уж мало. Извлекая из земли останки умерших спустя столетия, а иногда и тысячелетия после их смерти, мы находим что-то и от них живых – тех, кем они были в свое время. Анализируя кости при помощи генетики, мы можем восстановить некоторую часть истории этих людей и вида, к которому они принадлежали, и попытаться найти им место на генеалогическом древе, среди прочих родственников людей. Выходит, кости умеют говорить – по крайней мере, с учеными.

Кости – это древнее хранилище информации, которую сперва следует расшифровать. Со временем мы научились извлекать кости из глубин земли и датировать их: наша планета стала похожа на восхитительную, протяженную во времени и пространстве мозаику, где мы можем отыскать множество свидетельств древней истории живых существ и всего нашего рода. Остается привести их в порядок – в этом нам помогает наука о генах и ее новые данные. В 1953 году открытие структуры ДНК обозначило новую эру в молекулярной биологии и генетике и способствовало началу настоящей революции в науках о Земле. А также и в медицине: без этих новых знаний были бы невозможны РНК-вакцины против коронавируса, возбудителя COVID-19. Что касается знаний о живых существах, то они парадоксальным образом являются знаниями и о мертвых, а значит, о нашей истории. Майкл Крайтон со своим «Парком юрского периода» – пусть созданный им воображаемый мир и неправдоподобен с научной точки зрения – достоин признания как минимум за заслуги в популяризации важнейшего научного факта: ДНК существ, живших много миллионов лет назад, может быть найдена и восстановлена. Генетика рассказывает нам о живых существах; точно так же она способна предельно точно рассказать и об ископаемых организмах – окаменелостях, или фоссилиях.

И это еще не все. Стремительный прогресс методов генетики, а также знаний о генах позволил нам изучать целые геномы, и не только на уровне индивидов, но и на уровне популяций. Современная эра в этой области началась в 2001 году², когда была получена последовательность генома человека: составляющие его более трех миллиардов «букв» (нуклеотидов) содержат всю биологическую информацию, позволяющую нам быть теми, кто мы есть – людьми. Для популяционной генетики переход от XX к XXI веку стал одновременно и переходом от генетики к геномике. Мы научились расшифровывать геномы, сравнивать их между собой: это большой прорыв в науке о живых существах. Стало возможным «мыслить генетически» уже в масштабе популяций: из века гена (если воспользоваться названием книги Эвелин Фокс Келлер) мы шагнули в век геномов. Геномика охватывает самый широкий диапазон разнообразия: она ориентируется на инклюзивность, обширность и множественность. Геномика не перестает нас удивлять, потому что наш вид не описывается только одним геномом, но состоит из бесконечного их множества. Это проявляется даже в масштабе индивида: геном каждого из нас, по сути, представляет собой мозаику из многих других, что красноречиво говорит о нашей долгой, как минимум двухсоттысячелетней истории.

Эти открытия и стали отправной точкой при создании книги. Мы предлагаем вам осмыслить новые знания о живых существах, полученные благодаря геномике. Именно она позволяет нам секвенировать и анализировать миллиарды пар оснований генома отдельного организма, сопоставлять этот геном с характеристиками современных популяций на всей планете и затем рассматривать его в контексте истории – как отдельных индивидов, так и популяций и их миграций. История вида описывает и его собственную эволюцию, и эволюцию исчезнувших видов, его предков. Такое было совершенно невозможно представить себе всего двадцать лет назад – и мы еще только в начале пути.

В то же время мы изучаем то, что осталось от древних исчезнувших цивилизаций: как правило, это лишь кости. Тем не менее, какими бы древними ни были эти кости, они по-прежнему несут в себе следы живых людей, которые мы способны изучать все лучше и лучше. Так, о юной девушке, которая жила более пятидесяти тысяч лет назад на юге Сибири, мы, анализируя один только фрагмент кости (как это сделала команда Сванте Паабо), можем сказать, что ее родители принадлежали к двум ныне исчезнувшим подвидам людей: мать к неандертальцам, отец к денисовцам. Для физика и астронома Галилея «великая книга природы» была написана языком математики. Для сегодняшних биологов, стремящихся проникнуть в тайны живого существа, эта книга написана на языке ДНК. По мере того, как нам удается расшифровать этот язык, даже небольшие фрагменты костей открывают нам путь к огромным сокровищам: они рассказывают нам о людях, об их жизни, об окружающем их мире, и эти люди занимают свое место в истории человечества, которую мы воссоздаем шаг за шагом, по кусочкам.

Постигая, откуда мы пришли, мы лучше понимаем, кто мы. Картина, которая обретает форму на наших глазах благодаря такому невероятно мощному исследовательскому инструментарию, как геномика, – это картина человеческого разнообразия. Разнообразие – это не идеологический слоган, это не благонамеренная, без конца повторяемая мантра, это научный факт. Именно это разнообразие мы и будем рассматривать. Мы поговорим о том, какие биологические механизмы его создают и как оно воплощается в истории, поговорим о науке, которая постоянно находит новые данные, и о том, как эти данные можно использовать в медицине.

Если наше происхождение проливает свет на то, что представляет собой наш биологический вид, то, в свою очередь, вопрос «Кто мы?» проливает свет на наше происхождение. Ведь именно разнообразие современных человеческих геномов ясно показало нам не только то, что колыбелью человечества является Африка (подтвердив уже известный нам факт), но и то, что наши африканские предки отличались между собой гораздо сильнее, чем мы себе представляли. В 1980-е годы специалисты в области популяционной генетики на основе митохондриальной ДНК, которая всегда передается от матери, и Y-хромосомы, наследуемой по линии отца, смогли обнаружить исторические корни наших предков в Африке. Стали говорить об открытии «Адама и Евы», генетических прародителей всего человечества, что вызвало некоторое раздражение в научном сообществе. Но в действительности в 2000-е годы геномика показала, что у нас множество генетических предков. Конечно, все они жили в Африке, но мы можем обнаружить следы лишь тех, чье генетическое наследие сохранилось до сегодняшнего дня. Оказалось, что родословные женской и мужской линии сильно различаются между собой. Вполне вероятно, что наши предки по материнской линии, так называемые «Евы», жили в Восточной Африке, тогда как наши предки по отцовской линии – «Адамы» – могли проживать, например, в Южной Африке.

Изучение геномов современных человеческих популяций также показывает, что наши предки могли покинуть Африку около шестидесяти тысяч лет назад и постепенно расселиться по планете. Все индивиды неафриканского происхождения являются, следовательно, потомками этих первых «мигрантов». Однако первый выход из Африки был всего лишь началом длительной миграционной эпопеи, результатом которой стало заселение Европы, Азии и Австралии около пятидесяти тысяч лет назад, затем обеих Америк – менее тридцати тысяч лет назад. Гораздо позже колонии появились на отдаленных островах Океании – они впервые были заселены всего тысячу лет назад. Кроме огромных миграционных потоков с континента на континент, современная популяционная генетика позволила нам увидеть и датировать как факты миграции, так и другие демографические процессы с очень высокой степенью точности. Также благодаря этим исследованиям мы знаем сегодня, что скрещивание видов происходило на протяжении всей истории человека и что все мы в той или иной степени являемся метисами, потому что наши геномы представляют собой множество последовательностей ДНК из самых разных источников. Каждый человек – это своего рода “лоскутное одеяло” с исторической и географической точек зрения; в нас перемешаны народы и поколения.

Открытия, связанные с изучением геномов людей, принесли нам и другие сюрпризы. Так называемый «современный человек» – то есть мы, сапиенсы, – и неандертальцы в течение долгого времени рассматривались как два разных вида, которые никогда не скрещивались между собой и поэтому не могли оставлять потомков-гибридов. В XXI веке было доказано обратное: Homo sapiens и Homo neanderthalensis – человек разумный и человек неандертальский – скрещивались и оставляли общее потомство. Дело в том, что все мы на сегодняшний день – как минимум те из нас, кто родом не из Африки, – имеем в геноме от 1 % до 3 % генетического материала неандертальцев. И сюрпризы на этом не кончаются. Методы генетики – а именно методика секвенирования ДНК – позволили показать, что фаланга пальца, найденная в сибирской пещере, принадлежала не неандертальцу (как полагали ранее), а другому виду древних людей – денисовскому человеку, или денисовцу. Более того: предки нынешних азиатов, по всей вероятности, скрещивались с денисовскими людьми, и некоторые современные популяции – например, населяющие Папуа – Новую Гвинею – несут в своих геномах 3,5–5 % ДНК денисовца (в зависимости от применяемого метода оценки). Иначе говоря, гибридизация происходила не только между различными популяциями Homo sapiens – кроме того, сапиенсы смешивались с другими группами древних людей, гены которых сохранились и в нас.

Это разнообразие привело к благоприятным результатам. Homo sapiens – вид, живущий повсюду и освоивший все доступные территории. Женщины и мужчины этого вида обнаруживаются в любой точке планеты: от засушливых и жарких пустынь до Крайнего Севера с его холодным климатом и 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 Милетский³ или Эмпедокл⁴ – имели представление об эволюции, о постоянном изменении и объяснимом без сверхъестественного происхождении жизни. Похожие озарения возникали и позднее, в эпоху Просвещения – например, у Дени Дидро⁵. 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 генетики, концепцию генотипа и открытие структуры ДНК и, кроме того, мы начали постигать разнообразие нашего вида, изучать его миграции и адаптации к окружающей среде. Наконец, секвенирование ДНК ископаемых организмов позволило нам узнать, что в ходе своей истории наш вид обменивался генетическим материалом с другими, ныне исчезнувшими видами людей – такими как неандертальцы или денисовцы. И это только начало.

Natura non facit saltus: постепенная эволюция по Дарвину

Вопрос эволюции поднимался и другими учеными. Жан-Батист де Ламарк⁶ (в книге «Философия зоологии»), Жорж-Луи Леклерк де Бюффон⁷, Бенуа де Майе⁸, а также Эразм Дарвин⁹ (дедушка Чарлза) упоминали о возможности изменения видов, таким образом подвергая сомнению их постоянство. Но именно о Чарлзе Дарвине говорят как об отце теории эволюции, несмотря на то что сам он в своей книге избегает слова «эволюция» и пишет о «наследственной модификации».

Теория эволюции Дарвина основана на многочисленных наблюдениях, сделанных им главным образом во время экспедиции на борту корабля «Бигль», длившейся пять лет, с 1831 по 1836 год. Это событие он полагал самым значительным в своей жизни. Капитан корабля Роберт Фицрой нанял молодого ученого-натуралиста в качестве волонтера для выполнения картографической съемки в кругосветном путешествии. И Дарвин собирал сведения и вел наблюдение повсюду, где они останавливались: от островов Зеленого Мыса до лесов Амазонии, от Огненной земли до Галапагосов и Тихого океана. По возвращении в Англию – сначала в Кембридж, а затем в Кент – Дарвин, переполненный новыми сведениями, потратит тринадцать лет на то, чтобы превратить свои записные книжки в готовую рукопись, которую он, наконец, опубликует в ноябре 1859 года – из опасения, как бы Альфред Рассел Уоллес¹⁰, собиравшийся опубликовать очень похожую теорию, не обвинил бы его в плагиате. Эта книга принадлежит к числу тех, что изменили наш мир. Ее название – «О происхождении видов путем естественного отбора» («On the Origin of Species by Means of Natural Selection»).

Основным положением теории эволюции Дарвина является утверждение об изменении и преобразовании видов под действием естественного отбора и в соответствии с медленными изменениями, наблюдаемыми в природе: эти наблюдения привели к принципу «Natura non facit saltus»¹¹ («природа не делает скачков»), или принципу непрерывности Готфрида Вильгельма Лейбница¹². Таким образом, Дарвин стал первым, кто заявил, что все живущие на Земле организмы происходят от одного общего предка и что различия, характерные для каждого населяющего Землю вида, были приобретены под воздействием естественного отбора, являющегося, по мнению Дарвина, основным механизмом изменения, адаптации к окружающей среде и видообразования.

Чарлз Дарвин отстаивал идею, согласно которой ресурсы, например пища, представляют собой основной лимитирующий фактор роста популяции. Дело в том, что конкуренция, возникающая между индивидами или целыми видами в борьбе за ресурсы, ограничивает их способности к выживанию и размножению. Кроме того, Дарвин определил, что различия, наблюдаемые между индивидами или видами, передаются следующим поколениям, хотя сам принцип такой передачи остался неясен – он был неизвестен Дарвину и никак не связывался с генетикой. Именно эти различия влияют на способность индивидов или видов к выживанию и самовоспроизводству – сегодня это называется селективной ценностью, или «fitness» по-английски. С течением времени естественный отбор изменяет популяцию, поскольку выживают и дают потомство максимально адаптированные индивиды.

Эта теория, положившая начало философии эволюционизма, была революционной для своего времени и вызвала большие споры – несмотря на то, что современник Дарвина Альфред Рассел Уоллес пришел со своей стороны к точно таким же выводам. Двое ученых даже написали совместную статью о теории естественного отбора, которая вышла в 1858 году. После публикации книги Чарлз Дарвин вел уединенную жизнь в графстве Кент, глубоко подавленный поднявшейся вокруг его теории шумихой и спорами. Он скончался в 1882 году, в возрасте 73 лет.

В свою очередь, современник Дарвина австрийский аббат Грегор Мендель¹³ является «отцом» генетики – второй дисциплины, лежащей в основе популяционной генетики. Благодаря его трудам о передаче наследственных признаков, опубликованным в 1865 году, наследственность, упомянутая Дарвином, стала научной концепцией, которая описывает наблюдаемую и управляемую реальность. Мендель провел тысячи экспериментов на растениях, а именно, на горохе с различными признаками (цвет и форма семян, цветков и т. д.): он проводил скрещивания и наблюдал, каким образом признаки распределяются между потомками. Своими опытами Мендель показал, что «факторы», которые тогда еще не назывались генами, передаются из поколения в поколение предсказуемым образом, и сформулировал три закона наследственности, теперь известные как законы Менделя. В то время оставшиеся незамеченными, эти законы были заново открыты в 1900 году Хуго де Фризом, Карлом Корренсом и Эрихом фон Чермаком. Казалось, что законы применимы только к дискретным (то есть качественным), но не к континуальным (то есть количественным, измеряемым) признакам, и, следовательно, противоречат теории Дарвина. Кроме того, именно Хуго де Фризу мы обязаны термином «панген» – ученый использовал его для обозначения физической единицы передачи признаков, а Вильгельму Йохансену – терминами «генетика» и «ген».

В отличие от Дарвина, труд которого получил огромный резонанс, труды Менделя не были по-настоящему оценены современниками: в течение трех десятилетий их почти не замечали, и Чарлз Дарвин никогда не читал его работ. А это значит, что связь между наследственностью и эволюцией еще предстояло открыть.

Рождение популяционной генетики

Объединение двух теорий – дарвинизма и менделизма – начинается в период между двумя мировыми войнами благодаря молодым исследователям британской биометрической школы Фрэнсиса Гальтона. Это были Роналд Фишер (1890–1962), Сьюэл Райт (1889–1988) и Джон Бердон Сандерсон Холдейн (1892–1964). Трое ученых сформуровали основы популяционной генетики – дисциплины, в которой эволюционная биология и генетика соединяются в одно гармоничное, математически подкрепленное целое.

Изучая генетические причины сложных болезней, Роналд Фишер заложил основы количественной генетики – активно развивающегося сегодня направления. Количественная генетика занимается статистическим анализом качественных признаков фенотипа – таких, например, как рост. Благодаря такому анализу возникла гипотеза, что изменчивость фенотипа зависит от множества генов. Одним из важнейших достижений Роналда Фишера стала демонстрация того, что изменчивость количественных признаков фенотипа подчиняется законам Менделя. Эту фундаментальную концепцию Фишер развивает в своей книге «Генетическая теория естественного отбора» («The Genetical Theory of Natural Selection»), заявляя, что эволюция происходит путем естественного отбора генетических мутаций. Он предполагает, что мутации, оказывающие сильное воздействие на фенотип, имеют больше шансов снизить селективную ценность («fitness») индивидов, тогда как «слабые» мутации имеют 50 % шансов ее повысить, и, таким образом, естественный отбор сохраняет преимущественно их. А значит, эволюция и изменение фенотипов¹⁴ должны происходить постепенно, под воздействием многочисленных мутаций слабого влияния – как и предсказывал Дарвин… «Природа не делает скачков!».

Сьюэл Райт, со своей стороны, более всего известен благодаря двум понятиям: дрейф генов и адаптивный ландшафт. Под дрейфом генов понимается случайное изменение частоты встречаемости мутаций в каждом следующем поколении в пределах популяции. Это один из тех исключительных и непредсказуемых факторов, благодаря которым формируется генетическое разнообразие. Понятие «адаптивный ландшафт» в эволюционной биологии используется для отображения связи между мутациями и репродуктивным успехом популяции или вида, когда «fitness» (селективная ценность) представляется в виде своего рода топографической карты. Организмы могут перемещаться по этому «ландшафту» и оказываться на адаптивных «пиках» благодаря приобретению мутаций, позволяющих им лучше приспосабливаться к окружающей среде. Рассмотрим в качестве примера устойчивость к малярии. Дрейф генов может привести уже адаптированный вид как на вершину «пика» – (в этом случае вид окажется относительно устойчивым к малярии), так и в нижнюю точку «долины» – это будет означать, что вид плохо адаптирован и уязвим для малярии. Адаптивный ландшафт не статичен: популяция, спустившаяся с «пика» селективной ценности и находящаяся в «долине» с низким уровнем адаптивности, может заново оказаться на вершине «пика», еще более высокого, чем предыдущий. Если популяция под воздействием естественного отбора приобретет новые, благоприятные мутации, то может стать еще более устойчивой к малярии, чем была раньше.

И, наконец, третьим отцом-основателем популяционной генетики является Джон Бердон Сандерсон Холдейн. Он разработал математический подход, позволяющий понять, каким образом естественный отбор определяет частоту мутаций и как связаны между собой отбор, мутации и миграции. Холдейн также выдвинул гипотезу о связи между естественным отбором и устойчивостью к малярии, несмотря на то что подлинное авторство этого наблюдения, сделанного в 1949 году, принадлежит итальянскому генетику Джузеппе Монталенти. Именно Монталенти заметил, что нарушения в функционировании эритроцитов (талассемия¹⁵ или дрепаноцитоз¹⁶) наблюдались главным образом в регионах, где малярия была распространенным заболеванием. И только в 1954 году Энтони Эллисон подтвердит гипотезу, что патологии эритроцитов могут защищать организм от малярии: этим объясняется увеличивающаяся частотность таких нарушений в регионах, где распространена малярия. Сегодня это показательный пример естественного отбора.

Открытие наследственного материала: ДНК

Подлинное развитие популяционная генетика получила гораздо позже, между 1930 и 1960 годами, благодаря взаимодействию естествоиспытателей, палеонтологов, математиков и генетиков, разработавших «синтетическую теорию эволюции». Эта теория, называемая неодарвинистской, стала апогеем идей Дарвина. Во главе нового научного движения стояли трое ученых – Эрнст Майр (1904–2005), Феодосий Добржанский (1900–1975) и Джулиан Хаксли (1887–1975). Вслед за Дарвином в своих работах они говорят, что эволюция – постепенный процесс, и это подтверждается как исследованиями в области генетики, так и наблюдениями естествоиспытателей. Изменчивость индивидов в пределах одной популяции порождается мутациями, рекомбинацией и переносом (потоком) генов¹⁷. Эволюция происходит в результате совместной работы двух механизмов: появления в пределах одной популяции новых мутаций и воздействия естественного отбора или дрейфа генов, изменяющих частотность мутаций в популяции. Синтетическая теория эволюции отстаивает идею, что естественный отбор – это главная движущая сила эволюции: она действует в условиях изменяющейся среды обитания и приводит к изменениям частотности мутаций, влияющих на фенотипы.

Тем не менее, несмотря на накопление теоретических знаний, укрепляющих научную базу популяционной генетики, эмпирических данных не хватало, и физический носитель наследственности еще не был известен. Открытие в 1953 году двуспиральной структуры ДНК стало поворотным моментом в развитии популяционной генетики. Фрэнсис Крик (1916–2004), Розалинд Франклин (1920–1958) и Джеймс Уотсон (род. 1928) показали, что ДНК состоит из двух цепочек соединенных между собой нуклеотидов четырех разновидностей, в состав которых входит сахар, связанный с фосфатной группой, и азотистое основание, обозначаемое буквами A, T, G или C. Эти нуклеотиды расположены в виде двойной спирали¹⁸, «хребтом» (основой) которой служат сахара и фосфаты. Входящие в состав нуклеотидов азотистые основания соединяются водородными связями с комплементарным¹⁹ основанием на другой цепочке.

Именно благодаря этим важным для молекулярной биологии – и для генетики – открытиям японец Мотоо Кимура смог объединить теоретический подход с эмпирическими данными, предложив в 1968 году теорию нейтральной эволюции. Эта теория предполагает, что большинство эволюционных изменений происходит из-за дрейфа генов, в отличие от синтетической теории эволюции, которая оказывала предпочтение воздействию естественного отбора. Так или иначе, нейтральная теория описывает эволюцию на молекулярном уровне, и сам Кимура признавал, что эволюция фенотипов не может происходить без воздействия естественного отбора.

Однако принцип популяционной генетики «природа не делает скачков» продолжал дарить нам все новые и новые открытия, часто идущие рука об руку с появлением новых технологий и методик. За последние пятьдесят лет произошел целый ряд значительных событий, и некоторые из них будут более подробно рассматриваться в следующих главах. Укажем самые важные:

• 1977 год: публикация первых методов секвенирования²⁰ ДНК, позволяющих расшифровать содержащуюся в ней информацию.

• 1984 год: за счет анализа ДНК показано, что человек и шимпанзе имели общего предка.

• 1987 год: первое генетическое доказательство, подтверждающее африканское происхождение нашего вида.

• 1997 год: первая последовательность ДНК из древней кости, принадлежащей неандертальскому человеку.

• 2001 год: первая публикация последовательности генома человека.

• 2010 год: открытие нового вида человека – денисовца, сделанное исключительно благодаря секвенированию его ДНК (использовали небольшой фрагмент фаланги пальца).

• 2010 год: первая публикация проекта «1000 геномов», открывающего путь к изучению генетического разнообразия человека на беспрецедентном новом уровне.

• 2018 год: завершение «UK Biobank» – грандиозного проекта по изучению человеческого биологического материала. Он стартовал в 2006 году в Великобритании, его задачей было проанализировать 500 000 геномов и выяснить степень влияния генетических факторов и воздействия окружающей среды на изменчивость фенотипов людей, а также на человеческие болезни.

Восстановление источников генетического разнообразия

Каким образом теоретические и математические модели популяционной генетики могут помочь с ответом на вопрос «Кто мы?»? Популяционная генетика возникла, потому что мы начали понимать, как в ходе эволюции проявлялось на макроскопическом уровне популяций влияние микроскопических изменений на уровне генов и молекулярных структур, лежащих в их основе. И именно теория эволюции сделала возможным этот необычайный синтез, давший единое объяснение всем уровням организации жизни.

Синтетическая теория эволюции позволяет нам лучше понять процессы, вызывающие изменение частоты мутаций во времени и пространстве в пределах данной популяции. Понимая их механизм, мы можем создавать реалистичные математические модели. Следовательно, теоретическое рассмотрение взаимодействия естественного отбора и дрейфа генов поможет нам с позиций современной генетики определить, каким образом эти процессы сформировали генетическое разнообразие той или иной популяции. Как только в нашем распоряжении оказываются соответствующие модели, остается лишь найти для них надлежащие данные. Другими словами, если мы научились хорошо моделировать прошлое на основании теоретических данных, мы получаем возможность «узнать» прошлое популяции на основании имеющихся сегодня реальных генетических данных. Это основной принцип исследования в популяционной генетике.

Но что это за эволюционные процессы, влияющие на генетическое разнообразие популяции? Десятилетия теоретических поисков в области популяционной генетики в XX веке показали, что эволюционные механизмы можно разделить на три большие категории: геномные факторы – мутация или рекомбинация²¹, демографические факторы – дрейф генов или миграции, и факторы естественного отбора в различных его формах.

Геномные факторы

Мутация – это единственный процесс, который «создает» разнообразие, производя молекулярные изменения в ДНК и тем самым генерируя новые аллели²². Можно сказать, что мутация – это «материал для эволюции», на который могут воздействовать эволюционные механизмы. Когда клетка делится, она должна воспроизвести ДНК так, чтобы две дочерние клетки унаследовали ту же генетическую информацию, какую содержит материнская клетка. Двойная спираль ДНК обеспечивает простой механизм репликации: две ее цепочки раскручиваются, и каждая из них служит матрицей для синтеза новой цепочки с комплементарной последовательностью нуклеотидов. Этот процесс позволяет воспроизвести две идентичные спирали двухцепочечной ДНК. Однако в ходе репликации ДНК возможны «ошибки», когда исходное основание заменяется на другое, неподходящее. Несмотря на то что бо́льшая часть этих ошибок затем корректируется механизмами контроля и репарации²³, случается, что ошибки ускользают от контроля и становятся мутациями.

Различают два больших класса мутаций в зависимости от типа затронутых ими клеток. С одной стороны, существуют соматические мутации: они не затрагивают половые клетки, отвечающие за размножение, и, следовательно, не передаются потомству. Эти мутации могут появляться на протяжении всей жизни индивида в ДНК самых разных клеток. В некоторых случаях эти клетки в результате мутаций могут превратиться в опухоль. С другой стороны, когда мутации воздействуют на ДНК гамет, или половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток), то говорят о герминальных мутациях. В этом случае эмбрион станет носителем мутации, хотя ни один из родителей не имел ее в своем генотипе. Причиной около 80 % мутаций у потомков служит хромосомный материал, переданный отцом (сперматозоид), и количество мутированных сперматозоидов напрямую связано с возрастом отца. Тем не менее нередки и аномалии, переданные матерью, и они также имеют тенденцию увеличиваться с возрастом, хотя и в меньшей степени. На сегодняшний день мы знаем, что почти каждый из нас имеет при рождении 70 новых мутаций по сравнению со своими родителями; 55 из них приобретены от отца и 15 от матери.

Другой источник генетического разнообразия – рекомбинация. Этот процесс не создает новых вариантов генов, но производит новые их комбинации, а значит, новые геномы. У эукариотических организмов²⁴ рекомбинация происходит во время полового размножения благодаря мейозу – процессу, в результате которого формируются гаметы. Образование новых генетических комбинаций обеспечивает перемешивание генов и поддерживает генетическое разнообразие в популяции, что повышает возможности вида адаптироваться к изменениям окружающей среды. То есть мутация и рекомбинация – это эволюционные процессы, которые увеличивают генетическое разнообразие в пределах одной популяции и в то же время приводят к росту различий между популяциями.

Демографические факторы

Другим фактором, воздействующим на генетическое разнообразие популяций, являются демографические процессы. Для начала вспомним о дрейфе генов в определении Сьюэла Райта: изменение частоты аллелей в пределах одной популяции, которое не зависит от мутаций, естественного отбора и миграций. Причиной дрейфа генов являются совершенно случайные и непредсказуемые события, например, встречи сперматозоидов и яйцеклеток при половом размножении. Масштаб дрейфа генов связан с «эффективным размером» популяции, который представляет собой число индивидов данной популяции, обеспечивающее передачу генетического разнообразия следующему поколению. В больших популяциях частота мутаций останется относительно стабильной от поколения к поколению, так как влияние дрейфа генов в них, как правило, несущественно. Но вот в маленьких популяциях воздействие дрейфа генов будет очень заметным, со значительными флуктуациями частот аллелей с течением времени; дрейф генов может даже привести к исчезновению благоприятного аллеля или, наоборот, закреплению неблагоприятного аллеля в популяции.

Отдельные демографические события связаны с уменьшением размера популяции и наиболее значительными эффектами дрейфа генов. Прежде всего речь идет о географической или культурной изоляции популяции, об эффекте бутылочного горлышка – резком сокращении размера популяции вследствие изменения окружающей среды, войны или эпидемии – или об эффекте основателя, то есть основании новой популяции очень малым числом индивидов, принадлежавших ранее большой популяции. В этих условиях дрейф генов снижает генетическое разнообразие в пределах популяции, вместе с тем усиливая межпопуляционные различия.

Миграция (перенос, или поток генов) – это еще один демографический механизм, обеспечивающий обмен генами между популяциями. Прибытие мигрантов может изменить состав генетического разнообразия принимающей популяции, изменяя частоту встречаемости мутаций. Таким образом, миграция и скрещивание (или метисация) снижает генетическое различие между популяциями, которое могло бы привести к появлению нового вида. В случае популяции с малым (вследствие эффекта бутылочного горлышка или эффекта основателя) генетическим разнообразием прибытие мигрантов и последующая гибридизация с ними позволяют повысить уровень генетического разнообразия гораздо быстрее, чем мутации. Таким образом, миграции и мутации являются силами, противодействующими дрейфу генов: дрейф генов уменьшает разнообразие, а миграции и мутации повышают – это явление называется мутационно-дрейфовым равновесием. Миграция увеличивает генетическое разнообразие в пределах конкретной популяции, одновременно уменьшая генетические различия между популяциями.

Факторы отбора

И наконец мы добрались до факторов, изменяющих генетическое разнообразие популяции в рамках естественного отбора. Естественный отбор составляет основу биологической адаптации человека к окружающей среде. Он работает, когда существуют различия селективной ценности (fitness) среди индивидов. Поскольку фенотипические характеристики индивида во многом определяются генетическими изменениями, увеличивающими его шансы на выживание и размножение, они передаются новому поколению. Влияние естественного отбора на генетическую изменчивость неоднозначно, потому что оно зависит от конкретного типа отбора. Он может увеличивать, уменьшать или сохранять неизменным генетическое разнообразие.

В случае положительного отбора встречаемость благоприятной мутации в популяции будет быстро расти, адаптированность – увеличиваться; иначе говоря, будет увеличиваться селективная ценность мутации. Все больше распространяясь и, следовательно, вытесняя другие, эта благоприятная мутация приведет к уменьшению генетического разнообразия в пределах популяции и увеличению различия между популяциями – при условии, что воздействие окружающей среды, вызвавшее это событие, будет отличаться от такового для других популяций. Но это еще не все, потому что существуют другие формы естественного отбора – как, например, поддерживающий высокое генетическое разнообразие стабилизирующий отбор, – и эти формы могут увеличивать разнообразие в пределах одной популяции и уменьшать различия между популяциями. В отдельной главе мы рассмотрим различные формы естественного отбора и то, каким образом они влияют на разнообразие наших геномов и нашу способность к адаптации к окружающей среде.

Реконструкция прошлого популяций

Теоретические модели, разработанные во второй половине XX века, позволили нам понять, какой вклад каждый из факторов вносит в генетическое разнообразие популяций, а также создавать прогнозы геномного разнообразия для различных демографических сценариев. Благодаря этому популяционная генетика получила возможность дальнейшего развития. На основании многочисленных доступных на сегодняшний день данных о геномах популяций она может не только объяснять настоящее, исходя из эволюционирующего прошлого, но также использовать нынешнее состояние популяций, чтобы восстановить их эволюцию. Действительно, мы можем реконструировать прошлое, исходя из актуальных данных о геномах, и оценить важные параметры эволюционного развития: темп роста популяции, возраст мутации или активность миграции между двумя популяциями.

История на три миллиарда: проект «Геном человека»

Генетические исследования начинают стремительно развиваться после 1977 года, когда появляются техники секвенирования, и в особенности благодаря проекту «Геном человека» – стартовавшей в конце 1988 года международной научной программе, задачей которой было определить полную последовательность ДНК генома человека. Первая версия генома, охватывающая 90 % последовательности, была получена в 2001 году, и вслед за ней в 2004 году опубликовали почти завершенную версию. Разница между первой – «черновой» – и окончательной версиями определяется покрытием секвенированной ДНК, другими словами, количеством несеквенированных участков, «пробелов», и степенью точности. Версия 2004 года содержит как минимум 400 пропусков. 99 % генома секвенировали с точностью менее одной ошибки на каждые 10 000 пар оснований. Эта работа сейчас продолжается, и референсная последовательность генома постоянно совершенствуется: в 2020 году количество пропусков становится уже менее 100.

Проект «Геном человека» ознаменовал собой начало новой эры²⁵ в генетике. Ученые получили возможность использовать последовательность ДНК для исследований как в медицинской, так и в популяционной генетике. Стоимость работ была астрономической; около 3 миллиардов долларов (2,7 миллиарда, если точнее) потратили, чтобы секвенировать около 3 миллиардов нуклеотидов (3,2 миллиарда, если точнее), которые составляют наш геном. В 2021 году, двадцать лет спустя после начала проекта, техники секвенирования стали такими совершенными, что теперь можно секвенировать целый геном, получив результаты с высоким уровнем точности, менее чем за 500 долларов. Как бы то ни было, секвенирование дает нам доступ к ключевым знаниям о структуре и содержании генома. На сегодняшний день мы знаем, что человеческий геном состоит из приблизительно 3,2 миллиарда нуклеотидов; что лишь 2 % генома являются «кодирующими», другими словами, содержат генетическую информацию, которая используется для синтеза белков – молекул, необходимых для возникновения живых существ. Мы знаем, что геном человека содержит примерно 20 000 генов, кодирующих белки; и что оставшаяся часть генома, то есть около 98 %, не является кодирующей и задействована по большей части в регуляции.

Последовательность нашего генома включает в себя так называемую ядерную ДНК, которая распределяется по 23 парам хромосом, находящимся в ядре каждой клетки. При этом у нас еще есть другой маленький геном, замкнутый в кольцо: митохондриальная ДНК. Она находится, как следует из ее названия, в митохондриях – крошечных органеллах клетки, отвечающих за производство необходимой для ее жизни энергии. По объему митохондриальная ДНК несопоставима с ядерной: в ней содержится всего 16 569 нуклеотидов и 37 генов – вот почему она стала первым геномом, который выбрали для секвенирования в 1981 году. Тем не менее далее мы увидим, что, несмотря на свой небольшой размер, митохондриальная ДНК открыла нам важнейшую информацию об эволюционном прошлом человека.

Геномика – наука, открывшая разнообразие: каждый индивид уникален

Для изучения необычайного разнообразия индивидов и популяций секвенирование генома человека на первых порах предоставило очень мало информации. По сути, речь шла об одной-единственной последовательности, а между тем каждый индивид, за исключением однояйцевых близнецов, обладает собственным уникальным геномом. И только с появлением в геномике новых технологий – таких как ДНК-микрочипы и секвенаторы нового поколения²⁶ – в сочетании со снижением расходов на секвенирование, начался золотой век в исследованиях разнообразия генома человека. Были созданы многочисленные международные консорциумы – как, например, проекты «ХэпМэп»²⁷ или «1000 геномов»²⁸, – перед которыми стояла задача изучить генетическое разнообразие человека во всей его полноте, содействуя таким образом исследованиям в области популяционной и медицинской генетики.

Благодаря этим исследованиям мы сегодня знаем, что существует несколько типов различий между геномами людей. Речь идет о масштабах мутаций – от одного-единственного нуклеотида до нескольких сотен тысяч – и их встречаемости. Самые распространенные и хорошо изученные мутации затрагивают единственный нуклеотид. Известный пример – однонуклеотидный полиморфизм, или SNP (произносится как «снип») – замещение в последовательности ДНК нуклеотида на другой (например, C меняется на T). Если мы возьмем геном любого из нас и сравним с референсной²⁹ последовательностью или сравним двух случайно выбранных индивидов в популяции, мы обнаружим в среднем от 3 до 4 миллионов «снипов». В подавляющем большинстве случаев эти изменения в геноме не влияют на его функции: они или находятся вне кодирующих участков гена – и тогда говорят о «молчащем» SNP, – или же обнаруживаются в экзонах гена (т. е. в участках, кодирующих белок), но при этом не приводят к замене кодируемой аминокислоты – и тогда говорят, что это синонимичный SNP. В большинстве случаев SNP нейтральны, они не влияют на приспособленность (fitness) индивидов. Нейтральные SNP очень полезны для изучения человеческих популяций, поскольку они позволяют проследить их историю – миграции, метисации, демографические изменения.

Тем не менее, в некоторых случаях SNP могут менять соответствующий белок и приводить к изменению фенотипа: неопасному – как, например, пигментация кожи, или вызывающему болезнь – например, муковисцидоз. Такие SNP делятся на несколько типов: миссенс-мутация (меняющие смысл, или несинонимические), когда SNP меняют аминокислотную последовательность соответствующего белка; нонсенс-мутация (бессмысленные) – когда кодон³⁰, обозначающий аминокислоту, заменяется стоп-кодоном, который производит неполный белок, в большинстве случаев не работающий. Если SNP не обнаружен в пределах кодирующего участка, это вовсе не означает, что он не влияет на функции гена. Действительно, мутации, находящиеся в регуляторных областях, – таких как энхансеры или промоторы (т. е. участки ДНК, отвечающие за управление экспрессией гена), могут модифицировать процесс экспрессии и в итоге изменять фенотип.

Но разнообразие, которое можно наблюдать при сравнении геномов различных индивидов, не ограничивается только SNP. Каждый из нас в равной степени отличается от референсной последовательности на приблизительно 450 000 коротких вставок или выпадений участков генома (иначе говоря, «инсерций» и «делеций», вместе называемых «инделы»), то есть участков ДНК, состоящих как минимум из 50 нуклеотидов, которые вставлены или удалены из последовательности ДНК. К этому добавляется особая форма генетической изменчивости, важность которой в последние годы стала очевидной: изменения “структуры” генома. Сюда относятся делеции или дупликации: ученые говорят о «вариации числа копий» (или по-английски copy number variation, CNV). Они различны у каждого индивида и влияют на число копий одного и того же гена или фрагмента хромосомы.

Вариации числа копий (CNV) в значительной степени способствуют разнообразию генома человека и, следовательно, особенно актуальны для медицинской и популяционной генетики. Последние исследования показали, что CNV могут не только влиять на дозу гена³¹, но и перестраивать механизмы регуляции экспрессии генов, изменяя количество копий регуляторных элементов или модифицируя трехмерную структуру генома. В геноме присутствуют, хоть и в меньшем количестве, и другие формы структурных вариаций, например, большие инсерции, хромосомные перестройки или перемещения мобильных³² элементов.

Наконец, последняя форма изменчивости касается повторяющихся последовательностей ДНК, или тандемных повторов. Если размер одного повторяющегося фрагмента составляет от 1 до 6 нуклеотидов, то тандемные повторы называют микросателлитами, а если от 7 до 49 нуклеотидов, то мини-сателлитами. Особенно много в геноме человека микросателлитов – несколько сотен тысяч. Благодаря быстро происходящим в них мутациям они часто используются для сравнения родственных популяций, а также в судебной медицине. Микросателлиты, находящиеся в кодирующих участках генов, ученые связали с более чем 40 моногенными заболеваниями, в том числе нейродегенеративными болезнями – как, например, болезнь Хантингтона или Кеннеди; микросателлиты, локализованные в некодирующих участках, могут влиять на уровень экспрессии гена.

На сегодняшний день геномные исследования и работа международных консорциумов позволили выяснить, что каждый человек отличается от референсной последовательности генома приблизительно 10 000 мутаций типа миссенс (меняющих смысл кодона), а также является носителем от 250 до 300 генетических вариантов, приводящих к потере генов, и от 50 до 100 мутаций, которые связаны с генетическими заболеваниями. К счастью, в большинстве случаев эти вредоносные мутации находятся в гетерозиготном состоянии³³, и, как следствие, болезнь не проявляется. Мы также знаем, что в различных человеческих популяциях количество вредоносных мутаций меняется на протяжении их истории.

Человек не произошел от обезьяны… он и есть обезьяна!

Еще один вопрос, неотступно преследующий человека как минимум последние пару столетий, начиная с Дарвина, – это родство с обезьянами. Этот вопрос регулярно поднимали противники Дарвина, при этом изображая его самого в виде обезьяны. Ими руководили идеологические мотивы: необходимость развенчать эволюционные теории, выдвигая тот аргумент, что обезьяны как низшие существа не могли быть близки к человеку, которого Бог поместил в центр мироздания. Хотя Дарвин нигде не утверждает, что человек «происходит» от обезьяны, он только говорит, что человек «имеет родство» с обезьяной. В первых его работах прослеживается лишь намек на обезьян, но в одной из своих поздних книг – «Происхождение человека и половой отбор», вышедшей в 1871 году, Дарвин излагает филогенетическую³⁴ теорию происхождения человеческого вида, основанную главным образом на сравнительной анатомии, где подчеркивается большое сходство между человеком и обезьянами Старого Света, или узконосыми обезьянами. Тем не менее, настаивает Дарвин, «мы не должны, однако, впасть в ошибку, предполагая, что древний родоначальник всей группы обезьян, не исключая и человека, был тождествен или даже только близко сходен с какой-либо из существующих ныне обезьян». В этой книге Дарвин утверждает, что человек является обезьяной и принадлежит к узконосым обезьянам, так же, как шимпанзе, гориллы и орангутаны.

Генетика, а затем и геномика не только подтвердили предположения Дарвина и многих других об общем предке человека и обезьяны, но и помогли более глубоко изучить этот вопрос. Они предоставили ценные данные, позволив определить хронологию образования видов, их возможную гибридизацию и степень сходства их геномов. Благодаря этим наукам мы получили невероятно точные инструменты, дающие нам возможность погрузиться в прошлое и проникнуть в сокровенные тайны жизни организмов и видов. Вслед за изучением морфологических характеристик животных – живых или ископаемых – изучение морфологии их хромосом также дало информацию о связях между видами приматов. Кариотипы³⁵ человека и человекообразных обезьян похожи, но имеют и определенные различия: самый яркий пример – это уменьшение числа хромосом с 48 до 46 в ходе отделения ветви человека. Еще задолго до наступления эры геномики или молекулярной биологии сравнительная анатомия предоставила нам много информации о сходстве между человеком и обезьянами. В частности, она позволила нам предположить, когда произошло разделение между предками человека и предками африканских и азиатских обезьян: это случилось от 15 до 30 миллионов лет назад. Методы молекулярной биологии, сделавшие за последние десятилетия невероятный скачок в развитии, оказались очень плодотворными для изучения прошлого живых существ. Первые исследования нашего родства с обезьянами на молекулярном уровне были выполнены с помощью иммунологии и изменили наше представление о связях человека и обезьяны. В 1963 году эти исследования показали, что сходство между человеком и африканскими обезьянами гораздо больше, чем сходство между африканскими и азиатскими обезьянами. В 1967 году было датировано расхождение ветвей человека, шимпанзе и гориллы – всего 5 миллионов лет назад. Такие результаты вызвали огромное удивление – и отчасти неприятие – в научном сообществе.

Поиск даты расхождения между приматами – предками людей и приматами – предками обезьян

В 1980-х годах исследователи начали использовать ДНК для изучения связей между людьми, шимпанзе и гориллами, так как оставалось все еще неясным, как произошло разделение этих трех видов, их видообразование. Чтобы узнать, в каком порядке эти виды отделялись от общего предка-примата, ученые проводили эксперименты по гибридизации ДНК. Эта техника позволяет сравнивать ДНК двух видов посредством соединения и таким образом выявлять различия в их последовательности. Первые же генетические тесты показали, что в двух третях последовательностей ДНК люди и шимпанзе ближе друг к другу, чем каждый из этих видов – к горилле. А это значит, что на филогенетическом дереве расхождение между человеком и шимпанзе произошло позднее, чем между их общим предком и гориллой. В ходе дальнейших исследований в конце 1990-х годов эти наблюдения подтвердились при изучении митохондриальной ДНК или последовательностей аутосом (то есть неполовых хромосом). Эти данные позволили ученым объединить человека в одну группу с шимпанзе и бонобо (карликовыми шимпанзе) и определить, что ветвь горилл отделилась от общего ствола раньше, чем три этих вида. Орангутан, еще один их часто упоминаемый родственник, по сравнению с указанными членами семейства является наиболее удаленным от человека видом.

2005 год, когда был опубликован геном шимпанзе, стал годом начала революции, которая произошла в геномике благодаря изучению человекообразных обезьян (гоминоидов). На сегодняшний день, имея в своем распоряжении геномы различных видов гоминоидов, мы можем браться за исследование наших сходств и различий, хронологии разделения между человекообразными обезьянами и изменчивости каждого вида. Получив полные последовательности геномов, мы узнали, что шимпанзе и бонобо – самые близкие к человеку виды: их геномы различаются по примерно 1,4 % нуклеотидов. Однако эта цифра может увеличиться до 5 % или 6 %, если принять во внимание другие типы различий геномов: инсерции, делеции или вариации числа копий. Цифры, говорящие о нашем сходстве с другими видами, часто искажают в угоду догматике или даже идеологии. Важно уточнить, что они представляют собой среднее значение для всей совокупности геномов: в действительности степень различия между видами приматов варьируется в зависимости от той части генома, которую мы рассматриваем.

Последние датировки указывают, что дивергенция, или расхождение между человеком и родом Pan (к нему относятся шимпанзе и бонобо), произошло от 4 до 5 миллионов лет назад. Тем не менее эти датировки вызывают сомнение, так как формирование родов Homo и Pan заняло длительное время и частота мутаций, использованная для оценки прошедшего времени на основе степени близости геномов (метод молекулярных часов), могла оказаться завышена: таким образом, можно допустить смещение датировок в прошлое – от 10 до 13 миллионов лет назад. Что касается шимпанзе и бонобо, то они разделились в период от 1 до 2 миллионов лет назад. Также мы знаем, что расхождение между гориллами и группой человек – шимпанзе – бонобо произошло ориентировочно (согласно расчетам на основании частоты мутаций и времени генерации) от 8 до 19 миллионов лет назад, тогда как расхождение между орангутанами и всеми остальными человекообразными обезьянами совершилось где-то от 15 до 21 миллиона лет назад.

Особенная обезьяна

Таким образом, человек – это обезьяна: ему присуще большое сходство с обезьянами. Но во многих отношениях человек – обезьяна не такая, как другие. Прежде всего, генетическое разнообразие в пределах его популяций минимально по сравнению со всеми изученными обезьянами; за ним с небольшим отрывом следуют бонобо. По сравнению с шимпанзе и гориллами разнообразие людей в два-три раза меньше, и это при том, что почти 8 миллиардов представителей рода людей, к которому мы принадлежим, рассредоточены по всей планете, тогда как область распространения, или ареал, шимпанзе и горилл (численностью всего 200 000 и 100 000 особей соответственно) ограничивается Центральной и Западной Африкой.

Как же тогда объяснить, почему люди обладают таким небольшим генетическим разнообразием несмотря на свою огромную численность и очень широкое географическое распространение? Все дело в юности нашего вида: он появился в Африке «каких-то» 200 000 или 300 000 лет назад. Кажется, что это много, но такой возраст ничтожно мал в масштабе эволюции. В любом случае, этот период недостаточен для того, чтобы выйти на тот же уровень разнообразия, что и у других человекообразных обезьян. Более того, наш вид в период своей эволюции, по всей вероятности, состоял из очень небольшого числа особей.

Различия, которые мы можем наблюдать между геномами человека и человекообразных обезьян – пусть в случае шимпанзе это будет хоть 2 %, хоть 6 %, – не отражают актуального различия фенотипов³⁶ двух видов. Проблема не в цифрах, а в том, что стоит за ними – это «нотариальная проблема», как сказал бы нейробиолог Ален Прохианц, профессор Коллеж де Франс³⁷. Геном человека на 80 % совпадает с геномом мыши, однако мы очень отличаемся от мышей… Важно смотреть, где именно находятся различия. Если различия с шимпанзе, какими бы незначительными по объему они ни были, располагаются в участках генома, задействованных, к примеру, в развитии коры головного мозга, то они могут объяснять гораздо больший размер нашего мозга, превосходящий мозг шимпанзе в три или четыре раза, и, как следствие, те исключительные когнитивные функции, которые прибрел наш вид: крошечные различия порой ведут к грандиозным последствиям…

Более того, отличия в последовательности нуклеотидов – не единственное, чем можно объяснить фенотипические различия между человеком и человекообразными обезьянами. Отличия в организации геномов, появление новых специфических генов или утрата других, значительная часть которых работает в коре головного мозга и в яичках, варьирующая экспрессия генов и эпигенетические маркеры, такие как метилирование ДНК, – все эти факторы также объясняют уникальные особенности человеческого вида: его морфологию, когнитивные возможности. Это, к примеру, членораздельная речь, социальные взаимодействия, физиология, восприимчивость к патогенам и другие фенотипические признаки.

Популяции людей: сходства и различия

Различия между геномами двух случайных людей, вне зависимости от их этнического или географического происхождения, составляют около 3 миллионов нуклеотидов, или 0,1 %. А как насчет популяций? В какой мере популяции людей различаются между собой? Насколько непохожи африканцы на европейцев, а европейцы на азиатов? Можем ли мы разделить людей на различные группы, классифицировать их в соответствии с их генами? Вопросы о различиях и о классификации человеческих популяций, существуют, возможно, столько же, сколько и само человечество. К сожалению, в ходе нашей истории они почти всегда были связаны с теми или иными формами расизма.

Биологическое понятие расы впервые появилось в 1684 году, когда французский врач Франсуа Бернье³⁸ предложил разделение людей на четыре расы, основываясь прежде всего на цвете их кожи. В XVIII веке шведский естествоиспытатель Карл Линней³⁹ (1707–1778), большой авторитет в вопросе классификации, разделил вид Homo sapiens на категории, которые назвал americanus, europeus, asiaticus, afar (африканский) и… monstrosus, то есть «уродливый», подразумевая, что в эту категорию входят «карлики» или гигантские жители Патагонии⁴⁰. В XIX веке Фрэнсис Гальтон⁴¹ (1822–1911) присвоил этим категориям иерархические «ранги» (A, B, C, D и т. д.): открывали список, разумеется, европейцы (и прежде всего греки), в самом конце стояли африканцы и австралийские аборигены. Как мы увидим, генетические данные опровергают «научные» основания расизма и отрицают существование абсолютно самостоятельных и полностью обособленных групп людей. Эти данные ясно показывают, что расизм – только социальный и идеологический конструкт, но никак не биологический феномен.

Серьезные исследования биологического разнообразия человеческих популяций начинаются с открытия в 1900 году Карлом Ландштейнером первых генетических полиморфизмов с группами крови АВО. Красные кровяные тельца, эритроциты, имеют на поверхности антигены, реагирующие со специфическими антителами в сыворотке крови. Два типа антигенов (A и B) легли в основу системы ABO, согласно которой людей можно разделить на 4 группы: те, кто имеет только антиген A; те, кто имеет только антиген B; те, кто имеет оба антигена (AB); и те, кто не носит ни того, ни другого (O). Первые популяционные исследования показали, что существуют очевидные различия по частоте распространения определенных групп крови в популяций людей.

Открытые позже другие группы крови (MNS, система Льюиса, или резус-фактор) широко использовались в исследованиях популяций на протяжении XX века. Например, оказалось, что антиген A наиболее распространен в Северной и Центральной Европе, однако присутствует (хоть и в меньшей степени) и в Африке, и у австралийских аборигенов, как и в некоторых популяциях коренного населения Северной Америки. Что касается антигена B, его самое широкое распространение обнаружено в Азии, и затем в Центральной Африке. Наконец, группа O наблюдается преимущественно в Северной Америке, где также распространена группа A, и в Южной Америке, где она встречается у почти 100 % аборигенов-индейцев.

Методы, основанные на анализе крови, и похожие иммунологические методы позднее использовали для выявления специфических мутаций иммуноглобулинов и человеческих лейкоцитарных антигенов, или системы HLA (аббревиатура от английского названия Human Leukocyte Antigens; иначе говоря, главный комплекс гистосовместимости, который представляет собой совокупность молекул на поверхности клеток, позволяющую иммунной системе различать чужеродные антигены). Появление электрофореза белков позволило распознавать новые полиморфизмы: этот метод заключается в разделении белков в электрическом поле соответственно их размеру и заряду. На основе накопленных данных, получаемых от так называемых «классических» генетических маркеров, и их анализа в рамках популяционной и эволюционной генетики в 1994 году было опубликовано исследование «The History and Geography of Human Genes» («История и география человеческих генов»), авторами которого являются Лука Кавалли-Сфорца, Паоло Меноцци и Альберто Пьяцца. В этой книге – настоящей библии генетики человеческих популяций – учтено все, что было известно к тому времени о классических маркерах, и, благодаря изучению сотен популяций во всем мире, авторы смогли лучше объяснить распределение генетического разнообразия человека и его историю.

В 1980-е годы начались исследования генетики популяций с использованием ДНК: особое внимание уделялось митохондриальной ДНК и Y-хромосоме, позволяющим проникнуть в прошлое популяций за счет реконструкции линий их наследования от матери и отца соответственно. В 1990-е годы растет число исследований двух этих составляющих генома, которые всегда наследуются только от одного из родителей, а также начинается использование микросателлитов в качестве молекулярных маркеров. С наступлением XXI века исследования ДНК человеческих популяций принимают новый размах: в науке, которая по-прежнему называется генетикой, выделяется новое направление – геномика. Дан старт таким международным проектам, как «HapMap», «1 000 Genomes», «Exome Variant Server», «GnomAD» или «Simons Genome Diversity Project», направленным на изучение генетического разнообразия популяций людей во всем мире.

Здесь я хотел бы отдельно отметить один очень важный проект, который родился во Франции, в Фонде Жана Доссе – Центре изучения полиморфизма человека⁴², и произвел переворот в своей области: это проект «HGDP», от английского «Human Genome Diversity Project» («Проект разнообразия генома человека»). Проект был начат Жаном Доссе – врачом и гениальным иммунологом, получившим в 1980 году Нобелевскую премию за свое открытие в 1958 году главного комплекса гистосовместимости, который теперь используется для определения совместимости при пересадке органов. Именно при поддержке Жана Доссе американский педиатр и член этого Фонда Говард Канн в сотрудничестве с Лукой Кавалли-Сфорца из Стэнфордского университета начали панельное⁴³ исследование более 1000 иммортализованных⁴⁴ клеточных линий, полученных из образцов 54 различных популяций людей. В центре внимания было географическое распространение популяций, их принадлежность к определенной языковой группе и культурные особенности. За последние двадцать пять лет Фонд Жана Доссе – Центр изучения полиморфизма человека, недооцененный на национальном уровне, приобрел признание во всем мире. В этих панельных исследованиях использовались данные о различных народах, что позволило вывести анализ генетического разнообразия людей на новый уровень.

Различные международные исследования в области геномики позволили нам лучше понять демографическую историю людей: каким образом наши предки смешивались с другими видами людей – такими, как неандертальцы или денисовцы, и как именно влиял естественный отбор на наш геном. Кроме того, эти работы предоставили нам бесценные сведения для понимания связи болезней с отдельными мутациями у пациентов и генетических основ варьирующихся морфологических и физиологических характеристик человека – таких, как рост или склонность к диабету второго типа. Что же мы узнали о различиях и сходствах между человеческими популяциями?

Благодаря работам в рамках этих проектов мы теперь знаем, что в истории человечества происходили резкие сокращения популяции (эффект бутылочного горлышка), но вместе с тем наблюдался и значительный рост населения. Мы можем утверждать, что подавляющее большинство генетических вариантов, наблюдаемых в человеческих популяциях, являются редкими. Распространенными считаются варианты, встречающиеся с частотой более 5 %. Варианты с низкой распространенностью составляют 1–5 %, а редкие – менее чем 1 %. Наконец, существуют крайне редкие варианты: они встречаются менее чем у 0,01 % членов полуляции или даже описаны у единственного индивида (называемого «singleton»). Несмотря на то что большинство вариантов на уровне популяций относят к крайне редким, на уровне индивида бо́льшая часть выявленных вариантов являются частыми (более 95 %). Это объясняется тем, что значительная часть генетических вариантов, которые отличают отдельных людей, возникла из-за древних мутаций, произошедших на заре истории человечества. В те времена эффективный размер популяции людей был мал – и теперь эти мутации присутствуют, хоть и с меняющейся частотой, в большинстве человеческих популяций.

Сейчас нам также известно, что большинство генетических вариантов человека относятся к различиям внутри одной популяции, а не между разными популяциями. К такому заключению пришел в 1972 году Ричард Левонтин⁴⁵, использовав небольшое количество классических маркеров. Это наблюдение, имевшее первостепенное значение для опровержения биологических основ расизма, уверенно подтвердили более поздние исследования, которые рассмотрели множество человеческих популяций и использовали геномные данные – целые геномы. Вне зависимости от типа полиморфизмов и числа изученных популяций в среднем 85 % генетической изменчивости наблюдается в пределах одной популяции, и только 15 % характеризуют различия между популяциями.

Одно из недавних исследований, опубликованное в марте 2020 года в журнале Science⁴⁶, анализирует результаты высокоточного секвенирования геномов из выборки, использовавшейся в панельных исследованиях в рамках проекта «HGDP», о котором говорилось выше. Авторы смогли идентифицировать почти 70 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), около 9 миллионов инсерций и делеций и около 40 000 вариаций числа копий (CNV). И снова большая генетическая изменчивость наблюдалась преимущественно в пределах популяций человека, тогда как между популяциями различия были крайне малы, скорее напоминая шаг между соседними делениями на шкале генетического разнообразия… В таком случае, почему разные человеческие популяции имеют совсем небольшое генетическое разнообразие несмотря на широкое географическое распространение, тогда как прочие виды – такие, как серый волк (Canis lupus) из Евразии или газель Гранта (Nanger granti) из Восточной Африки с меньшими ареалами, тем не менее, имеют гораздо более высокие коэффициенты генетического разнообразия между популяциями? Причиной опять-таки является сравнительная молодость нашего вида, особенности его скрещивания и тот факт, что эволюционное развитие человека не происходило в полностью изолированных группах. К тому же не известно ни одной мутации «частного характера» – такой, которая была бы присуща исключительно жителям одного континента или конкретного региона Земли и при этом отмечалась у 100 % соответствующего населения, но не в других популяциях. Это подтверждает идею, что даже если возможно провести различие между человеческими популяциями на генетической основе, то между группами людей не существует резких и явных отличий.

Революция палеогеномики

Возможность секвенировать ДНК ископаемых останков – это недавнее революционное достижение геномики – полностью перевернула наше представление о происхождении Homo sapiens. Мы узнали о скрещивании наших предков с ныне исчезнувшими древними людьми, а также о том, каким образом происходило расселение людей по планете. Эра палеогеномики – пусть в то время ее еще не обозначали этим термином – наступила в 1984 году, когда была опубликована последовательность участка митохондриальной ДНК, извлеченной из останков квагги, или степной зебры⁴⁷, – подвида южноафриканской зебры, вымершего в конце XIX века. Тем не менее, только в 2010-е годы наступил золотой век изучения древней ДНК, то есть появилась палеогеномика как наука.

Высокопроизводительное секвенирование не только произвело революцию в популяционной генетике, оно также превратило основную проблему древней ДНК – ее фрагментацию на небольшие участки (в среднем от 30 до 80 нуклеотидов) – в преимущество, так как при высокопроизводительном секвенировании ДНК в любом случае сначала разделяют на небольшие участки, которые затем секвенируют. Прогрессивные технологии и новые методы анализа позволяют неплохо справляться и с другими трудностями при изучении древней ДНК. Одна из них связана с тем, что эндогенная ДНК – то есть принадлежащая образцу, который нужно исследовать, – содержится в очень малом количестве из-за ее деградации post mortem⁴⁸ и повреждений, вызванных временем. Современные методы увеличения количества эндогенной ДНК позволяют отчасти решить эту проблему. Помогает и развитие новых инструментов биоинформатики. Для ископаемых останков характерна высокая степень «экзогенной» ДНК: попавшей из окружающей среды (от грибов, бактерий и т. д.) или ДНК современного человека, которая могла быть занесена во время археологических раскопок или же непосредственно в лаборатории. Чтобы выявить и устранить последовательности, не относящиеся к эндогенной ДНК, применяются недавно созданные методы биоинформатики: они используют характеристики древней ДНК, например, большое число мутаций, при которых C превращается в T, возникающих при post mortem разложении.

Стремительное технологическое развитие позволило получить результаты, которые еще несколько лет назад могли встречаться только в научной фантастике. Так, в 2008 году мы оказались изумленными свидетелями первого в истории секвенирования генома мамонта. Это грандиозное событие стало реальностью благодаря извлечению древней ДНК из фрагментов шерсти мамонта, целых 40 000 лет пролежавших в вечной мерзлоте Сибири. А в 2010 году родилась палеогеномика человека: команда Эске Виллерслева из Дании опубликовала последовательность генома первобытного человека – палеоэскимоса, предположительно обитавшего на территории Гренландии около 4000 лет назад. Помимо блестящих достижений в секвенировании генома современного человека (человека современного типа), жившего в доисторическую эпоху⁴⁹, включая удаление «загрязнений» – ДНК самих экспериментаторов, людей не менее современных, это исследование позволило описать миграцию из Сибири в сторону Нового Света, происходившую около 5 500 лет назад и не связанную с миграцией, благодаря которой появились современные американские индейцы и эскимосы.

Работа команды Эске Виллерслева открыла дорогу дальнейшим исследованиям; были секвенированы сотни геномов первобытных людей. Останки имеют возраст от нескольких тысяч до 45 000 лет. Эти геномы могли принадлежать, например, индивидам, жившим в эпоху позднего палеолита, или доисторическим американским индейцам, охотникам-собирателям из мезолита⁵⁰ и неолита⁵¹, первым земледельцам неолита и так далее, вплоть до жителей Евразии железного века и более поздних эпох.

Один из старейших представителей современного человека за пределами Африки, геном которого удалось секвенировать, имеет возраст около 45 000 лет: это усть-ишимский человек, чьи останки были найдены в Сибири. Изучение останков проводилось совместно командами Сванте Паабо из лейпцигского Института Макса Планка и Дэвида Райха из Гарвардского университета. Они показали, что геном найденного индивида, хоть и больше напоминает геномы жителей Евразии, чем африканцев, все же не имеет большого генетического сходства с сегодняшними европейцами и азиатами. Этот факт позволил прийти к заключению, что популяция, к которой принадлежал усть-ишимский человек, внесла относительно малый вклад в существующее на сегодняшний день разнообразие популяций, населяющих Евразию.

Другим примером секвенирования древней ДНК – более заметным благодаря скорее своей популярности, чем научной значимости, – является Этци, «ледяной человек». Этци был обнаружен в 1991 году парой туристов на территории ледника Хауслабьох в Эцтальских Альпах, в районе границы между Австрией и Италией. Его останки находились в мумифицированном состоянии: было установлено, что он умер около 5300 лет назад. Последние генетические исследования его генома, а также микробиома (ДНК микробов в микрофлоре), проведенные в 2016 году, выявили возможное сходство Этци с современными жителями Сардинии. С большой долей вероятности можно утверждать, что у него были карие глаза, кровь группы 0 и непереносимость лактозы. Кроме того, Этци, несомненно, страдал от болезни Лайма: этот вывод позволяет сделать присутствие в его микробиоме боррелии – бактерии Borrelia burgdorferi.

Внутри нас сидит неандерталец… целых 2 % неандертальца!

Данные, полученные из древней ДНК, многое рассказали нам об истории человечества и о том, каким образом человеческие популяции адаптировались к меняющейся окружающей среде. В некоторых случаях новые исследования просто подтвердили то, что уже было известно благодаря изучению современной ДНК, – например, тот факт, что наш вид имеет африканское происхождение; в других случаях они предоставили новые факты, порой противоречащие гипотезам, созданным при исследовании современной ДНК. Но самые неожиданные сюрпризы – открытия, которые более всего потрясли научное сообщество, – произошли благодаря изучению ДНК ныне исчезнувших форм человека: неандертальца и его азиатского родственника – денисовского человека.

Связи между нашим видом и неандертальцами – вымершим видом рода Homo, обитавшим в Европе, на Среднем Востоке и в Центральной Азии в период где-то между 230 000 и 40 000 лет назад – были предметом многочисленных исследований и споров, начиная с открытия этого вида в 1856 году в долине Неандерталь, недалеко от Дюссельдорфа в Германии. Наиболее распространенной была гипотеза, что их исчезновение, которое совпало с появлением современного человека в Европе, стало результатом физического, когнитивного и технологического превосходства Homo sapiens. В своих научных работах исследователи с удовлетворением отмечали, что представители вида Homo sapiens и неандертальцы сильно отличались друг от друга, что между ними не было почти ничего общего и, самое главное, что они не скрещивались между собой. Любой вывод, поддерживающий идею о существовании серьезных различий между двумя группами людей, принимался на ура – по идеологическим причинам.

Первое генетическое исследование неандертальцев, проведенное в 1987 году командой Сванте Паабо, который тогда еще работал в Мюнхене, было выполнено на небольшой последовательности митохондриальной ДНК и только подтвердило первоначальную гипотезу: ученые пришли к выводу, что неандертальский человек вымер, не оставив следа в генетическом материале современного человека. Аналогичным образом проведенное в 2004 году командой Лорана Экскофье из Бернского университета исследование, которое основывалось на изменчивости митохондриальной ДНК и на реалистичных моделях демографической истории первых европейцев, подтвердило, что люди современного типа и неандертальцы не метисировались и что даже если предположить, что их гибридизация происходила, то такие случаи «при худшем раскладе» составляли не более 0,01 %. А значит, можно не беспокоиться: не было никакого скрещивания!

Только в 2010 году был секвенирован первый целый геном, полученный из останков неандертальца. Результаты вызвали немалое удивление: он больше напоминал геном современных жителей Евразии, чем африканцев. Это стало первым доказательством, что около 50 000 или 60 000 лет назад произошел обмен генами между неандертальцами и предками людей родом не из Африки. Позднее были секвенированы другие образцы ДНК неандертальцев, причем три из них, с высоким уровнем покрытия генома, происходили из Алтайских гор на юге Сибири и из пещеры Виндия в Хорватии. Эти исследования только подтвердили, что сегодняшние жители Евразии имеют в геноме в среднем от 2 до 3 % генетического материала неандертальцев. Сравнение геномов неандертальцев с геномами современных людей позволило также приблизительно рассчитать дату разделения двух этих групп: от 550 000 до 765 000 лет назад.

Гибридизация вида Homo sapiens с вымершими видами людей: древняя интрогрессия

Объяснение этому может быть только одно: наши предки – предки людей как европейского, так и азиатского происхождения – скрещивались с неандертальцами. Это явление было названо древней интрогрессией⁵², и его доказательство можно увидеть в наших геномах. Однако обмен генами между неандертальцами и современными людьми не ограничивается передачей генетического материала от первых к последним: исследование, опубликованное в 2020 году командой Сванте Паабо, установило, что Y-хромосома неандертальца, по всей вероятности, получена им от Homo sapiens где-то от 100 000 до 370 000 лет назад. Все эти наблюдения указывают, что гибридизация между современными людьми и неандертальцами определяла ход истории этих гомининов (видов рода Homo, из которых на сегодняшний день остался только сапиенс).

Но связь между нашими предками-сапиенсами и исчезнувшими группами человека не заканчивается на неандертальцах. В 2010 году анализ ДНК ископаемой фаланги пальца, найденной в Денисовой пещере в горах Алтая в Сибири, указал на существование другой, ранее неизвестной разновидности человека. Открытие основано всего лишь на частичке ископаемых останков. Это очень и очень мало: ни один палеоантрополог, каким бы талантливым он ни был, не смог бы определить вид существа, которому принадлежали эти ископаемые останки, на основании лишь крошечного кусочка пальца. И это тот случай, когда мы можем оценить могущество генетики: именно она позволила, при помощи секвенирования ДНК, идентифицировать ранее не известного науке древнего человека – его назвали денисовским. Предположительно денисовский человек жил в Азии от 50 000 до 110 000 лет назад. Анализ его генома показал, что денисовцы отделились от неандертальцев около 400 000–440 000 лет назад. Как и неандертальцы, денисовцы оставили свой след в наших геномах, и это еще раз доказывает гибридизацию наших предков с другими популяциями древних людей. В результате целой череды смешений, происходивших 45 000–30 000 лет назад, жители Евразии имеют в своих геномах менее 1 % генетического материала денисовского человека, в отличие от популяций, проживающих в Юго-Восточной Азии и Океании, особенно папуасов, у которых генетическое наследие денисовца достигает 3,5 %.

Все эти оценки древних интрогрессий – будь они связаны с неандертальцами или с денисовцами – являются средними цифрами, рассчитанными для генома современного человека в целом. Но отметим, что отдельные участки ДНК человека могут хранить до 64 % генетического наследия древних людей! Тем не менее существует постоянный отбор, удаляющий следы древней интрогрессии – главным образом в генах, кодирующих белки: вероятно, это объясняется ее губительным воздействием на современного человека. Идентификация участков генома, почти полностью лишенных древнего генетического наследия (их называют «пустынями» для древних генов), позволяет нам оценить те его свойства, которые повлияли на признаки современного человека.

К примеру, участок, лишенный генетического наследия неандертальца, был идентифицирован в непосредственной близости от белка Forkhead box P2 (FOXP2) – его мутации связывают с речевыми расстройствами. Аналогичным образом, ген AMY1, который кодирует амилазу – фермент, отвечающий за расщепление крахмала, – также находится в «пустыне», где отсутствует наследие неандертальцев. В отличие от современного человека – носителя множества копий гена AMY1 – неандертальский и денисовский человек обладали единственной копией этого гена; отсюда мы можем сделать вывод, что выработка в слюне современных людей амилазы, позволяющей им усваивать крахмал, стала для них огромным преимуществом. Помимо многочисленных и повсеместных свидетельств отрицательного отбора, приводящего к потере древних аллелей, современный человек в ходе гибридизации с древними людьми приобрел также и благоприятные аллели – это явление называется адаптивной интрогрессией, ниже мы рассмотрим его более подробно.

Итак, в нас продолжает жить частичка древнего человечества. Но эта часть не ограничивается лишь неандертальцами и денисовцами. Некоторые признаки указывают и на другие скрещивания: в их числе можно назвать обнаруженный у денисовцев приток генов некой «супердревней» группы, еще не идентифицированной; генетические следы восточных неандертальцев в геномах денисовцев; следы древних африканских людей, также еще не изученных, в геномах современных африканских популяций. Более того, исследование, проведенное в 2018 году командой Сванте Паабо на основании фрагмента кости из Денисовой пещеры, показало, что, вполне возможно, происходило и смешение между неандертальцами и денисовцами. Последовательность ДНК найденного образца раскрыла многие секреты: она указывает, что эта кость принадлежала девушке, умершей в возрасте около 13 лет, причем ее родителями были неандертальская мать и отец-денисовец. Следовательно, мы с полным основанием можем предполагать, что в случае, когда различные группы древних людей встречались между собой в эпоху плейстоцена, скрещивания между ними были вполне обычны.

Часть II
Завоевания и расселение

Кто мы? Выше мы познакомились с несколькими этапами нашего эволюционного развития. Но наша история только начинается. В этой части мы обратимся к знаниям о происхождении рода Homo, и особенно о распространении нашего вида, Homo sapiens, начиная с его колыбели – Африки – и заканчивая разными этапами заселения всех континентов Земли. Благодаря традиционным инструментам археологов и палеоантропологов, а также решающему (с недавнего времени) вкладу со стороны геномики мы способны более точно восстановить нашу историю и оказаться среди наших африканских предков, чтобы последовать по их стопам в их невероятных странствиях, сделавших из них европейцев, азиатов, американцев, жителей Океании – по мере того, как они заселяли всю планету. То есть первым ответом на вопрос «Кто мы?» будет: мы – завоеватели новых территорий.

В ходе завоеваний происходили также и встречи, и наши гены сохранили их следы. А значит, существует и другой ответ на вопрос «Кто мы?»: мы – метисы, гибриды, плоды отдаленного скрещивания. Вердикт геномики окончателен: мы как вид являемся продуктом более чем 200000-летней истории, вобравшей в себя около 100000 лет странствий и многочисленных встреч.

Мы представляем здесь обновленный научный взгляд, уточненный с помощью данных, полученных геномикой в последние десятилетия.

За прошедшие 30 лет генетика стала играть все более важную и, наконец, даже центральную роль в поисках корней Homo sapiens. Но прежде, чем сконцентрироваться на виде, следует рассмотреть более общий случай и изучить вопрос рода, исследовать корни рода Homo: в этом отношении генетика не дала (пока не дала!) нам ответа. Мы видели, что ветвь человека, давшая начало нашему виду, отделилась от других человекообразных обезьян около 6 миллионов лет назад. Чтобы понять, где обитали различные родственные нам виды (homininae или гоминины) в период после отделения от других и до появления вида Homo sapiens, нам нужно обратиться к археологии и палеоантропологии.

Ветвь человека и «большие обезьяны маленького роста»

Ископаемые останки с предельной ясностью рассказывают нам о географическом распространении наших предков: все виды гомининов, жившие в период от 7 до 2 миллионов лет назад, были обнаружены на африканском континенте. Первые останки, которые могли бы принадлежать ветви человека, нашли в Африке и датировали возрастом около 7 миллионов лет. Речь идет о черепе, получившем имя Тумай – «надежда на жизнь» на местном языке даза. Он был обнаружен в 2001 году в Чаде командой Мишеля Брюне из университета Пуатье. Эта находка привела к выявлению нового вида – чадский сахелантроп (Sahelanthropus tchadensis); за пределами Африки следов этого вида пока не встречалось. Несмотря на то что мозг Тумая размером с мозг шимпанзе, он обладает некоторыми чертами, связывающими его с линией гомининов: плоское лицо, крепление спинного мозга к черепу снизу, а не сзади⁵³ и промежуточная⁵⁴ толщина зубной эмали. После Тумая был найден (снова исключительно на территории Африки) целый ряд ископаемых останков, в числе которых оррорин (Orrorin tugenensis, известный как «Человек тысячелетия») возрастом около 5,9 миллиона лет, в Кении, ардипитек кадабба (Ardipithecus kadabba), в Эфиопии, живший от 5,3 до 5,8 миллиона лет назад, и ардипитек рамидус (Ardipithecus ramidus), найденный и в Кении, и в Эфиопии: его возраст составляет около 4,4 миллиона лет. Относить ли эти ископаемые останки к ветви человека – все еще спорный вопрос, так как их физические характеристики (морфология зубов, способ прикрепления спинного мозга или строение стоп) не выявляет их очевидной связи с гомининами.

Большинство ископаемых останков гоминин не старше 4,2 миллиона лет, которые жили до появления рода Homo, относятся к роду австралопитеков. Самым древним из известных видов этого рода является австралопитек анамский (Australopithecus anamensis), обнаруженный на озере Туркана и в других местах от Кении до Эфиопии: его возраст оценивается от 3,9 до 4,2 миллиона лет. Тем не менее, он не так известен, как еще один вид австралопитеков – афарский австралопитек (Australopithecus afarensis), бо́льшая часть останков которого (включая останки знаменитой Люси, жившей 3,2 миллиона лет назад и имевшей рост 1 метр 10 сантиметров) найдены в Восточной Африке и датируются возрастом около 3,9 и 2,9 миллиона лет. Были открыты и другие виды австралопитеков: африканский австралопитек (Australopithecus africanus, возраст от 2 до 2,9 миллиона лет), австралопитек гархи (Australopithecus garhi, возраст 2,5 миллиона лет), австралопитек седиба (Australopithecus sediba, возраст 1,9 миллиона лет). Все эти виды жили в Африке, к югу от Сахары. Филогенетические связи между различными видами австралопитеков остаются для нас неясными, но у них есть общие черты: небольшой объем мозга, скорее сближающий их с человекообразными обезьянами; их зубы близки по строению к зубам представителей рода Homo; передвигаются они в основном на двух ногах. Еще один род гомининов – парантроп – также жил в Африке от 2,7 до 1 миллиона лет назад. Он включает в себя три вида: эфиопский парантроп (Paranthropus aethiopicus), парантроп Бойса (Paranthropus boisei) и массивный парантроп (Paranthropus robustus). Несмотря на то что парантропы были, как и австралопитеки, современниками первых древних людей, они, по общепринятому мнению, образуют самостоятельную ветвь, независимую от рода Homo, который, вероятнее всего, произошел от одного из видов австралопитеков.

Человек: история длиной в два миллиона лет

Первым видом рода Homo является человек умелый (Homo habilis), который жил в Восточной Африке от 2,3 до 1,5 миллиона лет назад. Впервые его описали в 1964 году: характерными чертами человека умелого были более развитый мозг и способность изготавливать каменные орудия (поэтому его и назвали «умелым») – эти особенности и позволили отнести его к роду Homo. Тем не менее, отдельные морфологические характеристики человека умелого – такие, как рост, форма тела и мелкие зубы, – вызывали сомнения относительно его истинной принадлежности к роду Homo, так что некоторые антропологи в своей классификации помещают его в род австралопитеков. К тому же человек умелый жил в одно и то же время со многими видами австралопитеков и парантропов. Позднее – и опять-таки в Африке – нашли еще один вид рода Homo – человека работающего (Homo ergaster), жившего от 1,9 до 1 миллиона лет назад: благодаря его сходству с человеком прямоходящим (Homo erectus) его иногда называют африканским Homo erectus. Человек работающий использовал более совершенные каменные орудия, чем его предшественники, в том числе два таких знаковых орудия, как рубило и топор.

С появлением человека прямоходящего, или человека выпрямленного (Homo erectus), Африка теряет свою монополию в качестве места проживания представителей ветви человека. H. erectus – это первый вид рода Homo, найденный за пределами Африки. Главным образом он заселил обширные пространства Юго-Восточной Азии и Дальнего Востока, расселяясь от современного Китая до индонезийского острова Ява на протяжении долгого периода, от 1,8 миллиона до 100000 лет назад. Самым известным представителем эректуса является синантроп, или человек прямоходящий пекинский (Homo erectus pekinensis), живший 750000–700000 лет назад. В качестве его основных физических характеристик можно назвать мозг, по объему приближающийся к мозгу сапиенса, уплощенный череп, слабо выраженный рельеф носа и подбородка и характерный выступ на затылке – «шиньонообразный затылок». Недавнее исследование, опубликованное в 2020 году, показало, что последние эректусы вымерли всего 110000 лет назад на острове Ява(!), и это позволяет предположить, что они вполне могли встречаться с денисовцами.

Были найдены и другие виды рода Homo, существовавшие в различные периоды в самых разных регионах мира до появления первых сапиенсов. Особенно отметим человека гейдельбергского (Homo heidelbergensis), жившего в Африке и Европе от 600 000 до 300 000 лет назад, человека предшествующего (Homo antecessor), обнаруженного на севере Испании, где он жил в период от 1,25 миллиона до 800 000 лет назад, и человека флоресского (Homo floresiensis), известного также под прозвищем «хоббит» из-за его маленького роста (всего около 1 метра). Он был найден на индонезийском острове Флорес и жил от 60 000 до 100 000 лет назад. Назовем также уже упоминавшихся нами неандертальцев (Homo neanderthalensis) и денисовцев (Homo denisovensis), которые населяли территорию Евразии еще 40 000 лет назад, и, кроме того, найденного в Китае неподалеку от Харбина Homo longi (его еще называют «человек-дракон»): недавно был определен его возраст – 148 000 лет; возможно, он относится к ветви денисовцев, как считает палеоантрополог и профессор Коллеж де Франс Жан-Жак Юблен.

В поисках утраченной колыбели: появление человека разумного

Происхождение человека разумного (Homo sapiens), единственного дожившего до настоящей эпохи представителя рода Homo, – вопрос, вызвавший, вероятно, наибольшее количество споров среди ученых в своей области в течение последних сорока лет. Часто его называют «человеком современного типа» или просто «современным человеком» – это связано с анатомическими характеристиками, отличающими его от предшествующих видов рода Homo: в их числе постоянный бипедализм (передвижение на двух ногах), увеличенная черепная коробка и больший объем головного мозга, зубы меньшего размера, высокий свод черепа, развитый лоб, плоское лицо. Тем не менее различие между людьми современного типа и так называемыми «древними людьми» часто довольно размыто, потому что не существует ясного «эталона» вида Homo sapiens. Единственное, о чем можно сказать с уверенностью в отношении ископаемых останков сапиенса, – это о его географическом происхождении: человек разумный появился в Африке около 300 000 лет назад.

О чем рассказывают ископаемые останки: с момента появления и до выхода из Африки

Еще несколько лет назад первым бесспорным представителем Homo sapiens был Омо Кибиш, найденный в Эфиопии и живший около 195 000 лет назад. Однако недавно были обнаружены более древние образцы останков с очень близкими к сапиенсу физическими характеристиками. Речь идет, например, о человеке из Джебель-Ирхуда, открытом в Марокко Жан-Жаком Юбленом. Датирование определяет его возраст в 300 000 лет. Ранее датой появления на земле Homo sapiens считался период около 200 000 лет назад: новая находка отодвинула эту дату на целых 100 000 лет назад!

Кроме того, исследования последних лет, посвященные вопросу выхода Homo sapiens за пределы Африки, подготовили для нас и другие сюрпризы. Долгое время считалось, что современный человек впервые покинул Африку в период где-то от 120 000 до 90 000 лет назад: он занял территории Ближнего Востока, о чем свидетельствуют ископаемые останки, датированные этим периодом и найденные в Израиле, в пещерах Кафзех и Схул. Но в 2018 году ученые опубликовали результаты исследования верхней челюсти Homo sapiens, также обнаруженной в Израиле, в пещере Мислия. Эта челюсть является частью останков древнейшего из сапиенсов, обнаруженного за пределами Африки. Проведенный анализ позволил датировать возраст этого индивида приблизительно от 177 000 до 194 000 лет… а это значит, что период, когда Homo sapiens впервые покинул Африку, отодвигается в прошлое примерно на 70 000 лет назад. Тем не менее, все ископаемые останки Homo sapiens, которые были найдены до настоящего времени в других местах планеты, датируются возрастом не старше 60 000 лет.

Рассмотрев все эти данные в совокупности, можно заключить: миграции, связанные с первым выходом за пределы прежних мест обитания, не повлекли за собой постоянного заселения первыми людьми территорий вне Африки. Недавно обнаруженные древнейшие ископаемые останки отражают расширение ареала обитания сапиенса и указывают на Ближний Восток как на географический коридор, использованный для этого расширения. Но основной этап расселения человека по новым территориям наступит гораздо позже. Дальнейшие генетические исследования подтвердили, что вторая волна миграций началась в период от 80 000 до 60 000 лет назад: из Африки сапиенс отправляется на освоение, с одной стороны, Ближнего Востока, Европы и Восточной Азии и, с другой стороны, Южной Азии, до которой он добирается по побережью. Все же вопросы о численности, месте возникновения и миграционных путях первых людей, покинувших Африку, остаются пока открытыми и являются предметами многих научных споров.

Происхождение от одного или нескольких предков?

То, что Homo erectus вышел за пределы Африки, давно считается общепринятым фактом. А вот по поводу того, каким образом распространился по планете Homo sapiens, в научном сообществе было немало споров, особенно в конце прошлого века. На основе изучения ископаемых останков палеоантропологи предлагали различные модели, описывающие происхождение Homo sapiens от его предшественника Homo erectus и, главным образом, определяющие географический регион, где произошел этот переход (или переходы). В ходе жарких споров образовалось два противоположных лагеря. С одной стороны выступали защитники идеи моногенизма, по мнению которых у всех групп людей был один общий предок. Им противостояли приверженцы моделей полигенизма, считавшие, что различные человеческие популяции, населяющие на сегодняшний день планету, – человеческие расы, как тогда говорили, – развивались независимо и никак не могли происходить от общего предка; во всяком случае, это не мог быть недавний предок и уж тем более выходец из Африки!

В числе приверженцев полигенизма был влиятельный ученый Карлтон Кун, известный к тому же своими расистскими воззрениями; в начале 1960-х годов он предложил так называемую модель «канделябра»⁵⁵, согласно которой популяции, существующие сегодня на территории Африки, Европы, Азии и Океании, являются результатом отдельного и независимого от других процесса эволюции местного Homo erectus в Homo sapiens на каждом из континентов. Вполне ожидаемо Кун отстаивал мысль, что первыми из эректусов в сапиенсов эволюционировали европейцы, а последними – африканцы, которых в своей классификации он поместил среди популяций, самых близких к «примитивным» представителям рода Homo. На протяжении многих лет модель «канделябра» была широко распространена в сообществе антропологов, несмотря на то что она подразумевала мало соответствующую принципу максимальной экономии идею о параллельных и сходных между собой эволюционных процессах в ходе появления людей современного типа.

Чтобы сгладить некоторые шероховатости этой модели и уйти от расистской предвзятости Куна, другими антропологами была выдвинута промежуточная версия – мультирегиональная модель: не подвергая сомнению параллельную эволюцию от эректуса к сапиенсу в разных популяциях по всему миру, она предполагает, что между популяциями одного и того же континента существовал обмен генами; это объясняет наличие у них общих фенотипических признаков. Мультирегиональная модель связана главным образом с именем Милфорда Уолпофа, предложившего ее в 1984 году, хотя Франц Вейденрейх упомянул ее еще в 1947 году. Эта модель предполагала также существование преемственной связи на региональном уровне (в пределах каждого континента), – например, сегодняшние европейцы сохраняют непосредственную связь с древними жителями Европы – такими, как неандертальцы, – и тот же принцип работает для других популяций на других континентах.

В противоположность моделям полигенистов, теории моногенизма поддерживают идею, что переход от эректуса к сапиенсу произошел однократно, только на одном континенте. Именно в свете этой идеи в 1988 году антропологи Крис Стрингер и Питер Эндрюс предложили модель быстрого замещения (по-английски «Out-of-Africa» – «из Африки»), согласно которой все нынешние популяции Homo sapiens произошли от одной-единственной группы сапиенсов. Эта группа возникла в Африке, а затем покинула родную землю и полностью вытеснила другие популяции древних людей, живших на всех остальных континентах. В 1989 году Гюнтер Бройер предложил свой вариант этой модели: ассимиляционную модель. В ее основе лежала мысль, что в процессе расселения по миру, начиная с Африки, Homo sapiens не заменил собой все прочие виды древних людей, живших за пределами Африки, но, наоборот, смешался с ними.

Ограниченные возможности археологии и палеоантропологии

Несмотря на то что гипотезы нашего происхождения основываются на изучении ископаемых останков, найденных в разных точках планеты (а может быть, именно по этой причине), трудно отдать предпочтение какой-то одной из них – с точки зрения только археологии или только палеоантропологии: ведь речь идет о разной интерпретации одних и тех же фактов. Конечно, археологические исследования позволили уверенно описать распространение конкретных культур, но определить, было ли распространение той или иной культуры следствием физического перемещения людей или же перенятия идей, с помощью археологии довольно сложно. Что касается палеоантропологии, как мы убедились, она позволяет судить о перемещениях популяций, но ее возможности точно так же ограничены: раскопки проводили далеко не везде, ископаемые останки, как правило, фрагментарны, поэтому в полученных данных существуют пробелы и нет по-настоящему полной картины.

Зато исследования ДНК как современных популяций, так и древних позволяют напрямую реконструировать генеалогическое древо людей, точно воспроизвести миграции древних людей, гибридизацию между разными группами и их демографическую историю. Этот новый, необыкновенно мощный научный инструмент появился как раз вовремя, чтобы разрешить ряд вопросов, которые нельзя решить классическими методами.

Первые ответы были получены в конце 1980-х годов. Действительно, на основе каждой из вышеперечисленных моделей можно сделать предсказания о числе африканских предков современных популяций. У нас есть две полярные противоположности: модель «канделябра» утверждает, что за пределами Африки популяции сапиенсов не должны иметь африканских предков, тогда как модель быстрого замещения ожидает найти для всех популяций планеты на 100 % африканскую предковую группу. Что же касается промежуточных моделей, согласно им «основная часть» всех генов неафриканских популяций имеет либо местное происхождение, независимое на каждом континенте (мультирегиональная модель), либо «преимущественно» африканское происхождение с незначительными следами других видов – как, например, неандертальца в Европе (ассимиляционная модель). Теперь эти прогнозы можно проверить с помощью генетики. Именно таким образом генетика помогла пролить свет на тайну нашего происхождения и наконец отдать предпочтение какой-то одной из этих моделей на основе генетических исследований.

Человек разумный – африканец

Первые генетические данные о происхождении нашего вида были получены в 1987 году благодаря анализу одной маленькой митохондриальной ДНК (мтДНК), выполненному командой Аллана Вильсона из Калифорнийского университета в Беркли. Анализируя изменчивость митохондриальной ДНК в различных популяциях, Аллан Вильсон и его коллеги показали, что африканские популяции обладают большей – почти в два раза – изменчивостью, чем другие популяции по всему миру. Но самое главное – они установили, что предки этих других, неафриканских популяций родом из Африки. Это было первое генетическое доказательство модели быстрого замещения.

За последующее десятилетие, благодаря совершенствованию методов анализа мтДНК, было исследовано еще большее число популяций. Доказательства накапливались. Они подтверждали самые первые результаты: все человеческие популяции объединяет общее африканское происхождение. И, кроме того, если довериться гипотезе молекулярных часов, это происхождение достаточно недавнее. Согласно данной гипотезе, накопление мутаций происходит с постоянной скоростью, благодаря чему мы можем использовать «количество» генетической изменчивости для измерения времени. Таким образом, на основании изменчивости митохондриальной ДНК можно установить дату возникновения нашего вида в период от 150 000 до 200 000 лет назад.

Однако митохондриальная ДНК отражает лишь часть истории человека: ту, что связана с предками по материнской линии. И существует очень высокий шанс, что филогенетическое дерево, построенное при помощи только одного маркера – мтДНК – не будет показательным для представления полной истории нашего генома. А значит, чтобы произвести тщательную проверку различных моделей истории нашего вида, нужно обратиться к другим компонентам генома. Именно поэтому в 1990-е годы мы наблюдали рост числа исследований на основе анализа Y-хромосомы, наследуемой по отцовской линии. Однако результаты вновь подтвердили однократное и недавнее происхождение нашего вида на территории Африки. Тем не менее эти результаты опирались только на два генетических маркера: это ничтожно малый объем информации по сравнению с той историей, которую могут нам рассказать наши геномы, рассмотренные целиком… рассказать всеми своими 3 миллиардами пар оснований!

С наступлением XXI века, благодаря технологическому прогрессу в области геномики получили распространение полногеномные исследования. В 2000-е годы это были главным образом анализы на основе ДНК-микрочипов (по-английски «microarrays»). ДНК-микрочипы позволяют обнаружить во время всего одной реакции гибридизации наличие миллионов генетических вариантов – однонуклеотидных полиморфизмов, или SNP, о которых мы говорили в предыдущей главе. Данные исследований, использующих ДНК-микрочипы, – таких, как проекты «ХэпМэп» или «HGDP» («Проект разнообразия генома человека»), – уверенно подтвердили африканское происхождение нашего вида. Кроме того, эти данные пролили свет на генетические связи между человеческими популяциями и их генетическую структуру в масштабах континентов, а также частоту скрещиваний между различными группами.

ДНК-микрочипы позволяют изучать генетическую вариабельность человеческих популяций гораздо более точно, чем анализы мтДНК или Y-хромосомы. Но и они не дают полной картины. Поскольку ДНК-микрочипы выявляют лишь SNP у ограниченного числа индивидов нескольких популяций, они не могут создать общего и достоверного представления о генетическом разнообразии всех населяющих мир популяций, что необходимо, если мы хотим получить верную картину их демографической истории. Эти ограничения удалось преодолеть с появлением высокопроизводительного секвенирования, расходы на которое постепенно снижались. Благодаря новым методам мы смогли ответить на многочисленные вопросы о происхождении нашего вида, демографической истории человеческих популяций с точки зрения различий между ними, об изменениях размера популяций с течением времени (вызванных, например, эффектом бутылочного горлышка, эффектом основателя, гибридизацией популяций и т. д.) и уровне генетического обмена как между популяциями людей, так и между людьми и ныне вымершими гомининами.

На сегодняшний день наши знания о происхождении человека и о том, каким образом он расселялся по планете, основаны на геномных исследованиях, которые объединяют данные, полученные при изучении современных популяций (самый яркий тому пример – это проект «1 000 геномов»), а также при изучении древних гомининов – например, неандертальцев или денисовцев. Доступные на сегодня данные позволяют сделать однозначный вывод, что современный человек возник в Африке (к югу от Сахары) как минимум 200 000 лет назад. Следует отметить важную деталь: африканские популяции демонстрируют самый высокий уровень генетического разнообразия на планете. Более того, разнообразие неафриканских популяций уменьшается по мере их удаления от Африки. Эти факты подтверждают существование эффекта бутылочного горлышка и эффекта основателя, повлиявших на популяции в ходе миграций по планете, в соответствии с моделью «серийного эффекта основателя». Данные геномики современных популяций также ясно и однозначно свидетельствуют, что Homo sapiens, или человек разумный, – африканец.

Из Африки: когда сапиенс покинул африканский континент

Данные как археологических, так и генетических исследований показывают, что сапиенс прожил в Африке после своего возникновения там как минимум 100 000 лет, прежде чем решился ее покинуть. С точки зрения генетики и по общему мнению ученых, Homo sapiens начинает расселяться по миру в поисках мест постоянного проживания где-то от 40 000 до 80 000 лет назад и быстро осваивает Юго-Восточную Азию, Австралию, Европу и восток Азии. Затем люди добираются до более отдаленных территорий – таких, как обе Америки, – это происходит приблизительно от 15 000 до 35 000 лет назад, затем – до дальних островов Океании, где они обосновались относительно недавно, всего лишь от 1 000 до 4 000 лет назад. В следующих главах мы подробно рассмотрим, каким образом происходило заселение разных континентов.

Остается неясным один важный вопрос: когда и как первые сапиенсы вышли за пределы африканского континента? В 1994 году антропологи Марта Лар и Роберт Фоли выдвинули гипотезу, что в эпоху плейстоцена современные люди много раз оказывались вне Африки. Основываясь на ископаемых останках и археологических находках, они предположили, что первая успешная миграция за пределы Африки произошла около 50 000 лет назад. Люди двигались по южному побережью, покинув Восточную Африку, прошли вдоль южных берегов Азии и, наконец, достигли Австралии. Что по этому поводу говорит генетика? Полученные в 2000-х годах первые данные о митохондриальной ДНК и Y-хромосоме свидетельствовали скорее в пользу однократного выхода современного человека по берегу около 60 000 лет назад. Эта гипотеза подтвердилась с появлением ДНК-микрочипов. Тем не менее сторонники других версий не сдаются, и научные споры по этому поводу продолжаются. Недавние исследования, основанные на полногеномном секвенировании, показали, что все современные неафриканцы происходят от одной и той же популяции, покинувшей Африку минимум 60 000 лет назад. Конечно, геномы современных обитателей Папуа – Новой Гвинеи демонстрируют следы еще более древней утечки Homo sapiens из Африки, датирующейся периодом около 120 000 лет назад, но этот факт еще требует доказательств, к тому же совершенно очевидно, что он очень слабо повлиял на разнообразие большинства популяций, населяющих сегодняшнюю Евразию.

Древняя ДНК также предоставила нам ценные сведения относительно выхода нашего вида из Африки. Как мы увидели в предыдущей главе, в геномах всех индивидов неафриканского происхождения присутствует около 2 % генетического материала, унаследованного от неандертальцев, и это подразумевает, что гибридизация происходила в основном сразу после выхода из Африки – по всей вероятности, на Ближнем Востоке. Такое предположение совпадает с моделью однократного выхода человека из Африки. В целом, данные, полученные при изучении древней ДНК, позволили по-новому взглянуть на различные модели происхождения нашего вида. Так, на сегодняшний день наибольшую поддержку со стороны геномики получила ассимиляционная модель: согласно ей наш вид, зародившись в Африке, покинул ее, заселил остальную часть планеты и «почти полностью» вытеснил все население местных популяций древних людей, встреченных им на пути.

Долгая и богатая история африканского континента

Было бы совершенно некорректно и даже нелепо умалчивать об африканском этапе истории Homo sapiens, лишь упомянув этот континент как «место рождения» человечества. В действительности населяющие Африку популяции имели собственную, крайне сложную демографическую историю еще задолго до их распределения по остальной части земного шара. Мы сказали, что Африка характеризуется самым высоким уровнем генетической вариабельности людей на планете, но ее равным образом отличает большое языковое, культурное и фенотипическое разнообразие. В Африке говорят на более чем 2000 разных языков, что составляет третью часть всех языков мира. К тому же в африканских популяциях наблюдаются значительные различия в образе жизни людей, в том числе разные способы земледелия, скотоводства, охоты и собирательства. Кроме того, окружающая среда, где обитают эти популяции, крайне разнообразна: здесь можно встретить и самую большую пустыню в мире и второй по величине влажный тропический лес, а еще саванны, болота, высокогорья и так далее. Это и есть тот мир, в котором сформировался человек разумный.

Человек разумный рос в разных колыбелях?

Но прежде, чем говорить об истории африканских популяций как таковой, следует вернуться к вопросу происхождения Homo sapiens. Пусть даже сам факт происхождения человека из Африки является бесспорным, остается еще много вопросов. Например, где именно находится место или места нашего появления на этом обширном континенте? Так же, как и для объяснения происхождения человека в целом, были разработаны различные модели, описывающие возникновение нашего вида в пределах Африки и определяющие место его появления на свет: мультирегиональная африканская модель, модель уникального происхождения с вымиранием местных видов, модель уникального происхождения с выживанием местных видов и модель древнего африканского скрещивания. Взяв за основу любую из этих моделей, можно по-разному провести анализ морфологических, генетических и археологических данных и получить специфические оценки для каждой из них. Но у нас по-прежнему нет одного ясного и надежного ответа, который бы всех устроил. В то же время анализ данных разных научных дисциплин позволяет нам согласиться скорее с мультирегиональной моделью и предполагать, что у Homo sapiens нет определенного места происхождения на территории Африки и сапиенс мог эволюционировать в разных местах континента из предковых форм, которые гибридизировались как между собой, так и с древними людьми…

Первобытные гибридизации

За последние годы генетические исследования предоставляли нам все больше и больше фактических доказательств в пользу той идеи, что современные геномы африканских популяций несут в себе следы давней метисации с древними людьми – так же, как и у жителей Евразии. В противоположность принятому долгое время мнению, следы неандертальской интрогрессии были обнаружены и у некоторых популяций на африканских территориях южнее Сахары: они свидетельствуют о недавнем скрещивании этих популяций с жителями Евразии, которые, в свою очередь, имеют неандертальских предков.

Что еще более удивительно, различные исследования выявили у современных африканских популяций наличие генетического материала, унаследованного от другого гоминина. Эта ДНК не принадлежит ни неандертальцам, ни денисовцам, а значит, она происходит от другого ныне вымершего древнего человека, неизвестного палеоантропологам. Уровень древней интрогрессии был оценен от 2 % до 8 %, в зависимости от конкретной популяции и использованного метода, хотя насколько часто происходила гибридизация с неизвестным гоминином – по-прежнему предмет споров. Так или иначе, эти наблюдения подчеркивают значимость геномного подхода. Несмотря на отсутствие археологических или палеоантропологических свидетельств, – особенно в Африке, где условия окружающей среды не благоприятствуют хорошей сохранности ископаемых останков – геномный подход позволил «воскресить» древние, ныне исчезнувшие виды. В настоящее время проводится множество исследований, с помощью которых ученые пытаются разрешить этот сложный и злободневный вопрос…

Геномная история охотников-собирателей

Помимо всего прочего, геномные исследования, анализ ДНК современных популяций и древних людей, очень много поведали нам об истории народов Африки. Одно из самых удивительных наблюдений связано с очень давними временами, когда произошло отделение некоторых групп охотников-собирателей от остальных популяций. Навыки земледелия распространились в Африке вместе с так называемыми миграциями банту, о которых будет идти речь дальше. И лишь несколько популяций остались верны прежнему образу жизни, основанному на охоте и собирательстве. Особенно стоит отметить охотников-собирателей экваториальных лесов Африки (их еще называют пигмеями: иногда для удобства мы будем пользоваться этим термином, несмотря на его некоторый пренебрежительный оттенок – который мы, сразу подчеркнем, не приемлем), а также популяции койсан, населяющие Южную Африку, и восточноафриканские популяции хадза и сандаве. Самое древнее из известных нам эволюционных расхождений – среди всех групп людей, когда-либо живших на Земле, – это отделение популяций койсан от всех прочих. По недавним оценкам, с учетом новых данных о частоте мутаций, это произошло от 260 000 до 350 000 лет назад! Такой невероятно древний период предполагает, что отделение предков койсанских народов, населяющих Южную Африку, случилось вскоре после появления Homo sapiens как такового. Второе самое древнее отделение – это отделение охотников-собирателей тропических лесов: его давность оценивается приблизительно в 135 000 лет, но эта датировка неточная, на самом деле они могли отделиться тогда же, когда и койсанские народы.

На помощь вновь приходит генетика, которая позволила восстановить ареал, где обитали охотники-собиратели. С помощью ряда методик были выявлены генетические связи между койсанскими народами Южной Африки, охотниками и собирателями, и народами хадза и сандаве, населяющими Восточную Африку. Эти наблюдения привели к выводу, что до грандиозных демографических изменений, связанных с переходом к земледелию, территория, занимаемая охотниками-собирателями (их представителями сегодня являются койсанские народы) была гораздо обширнее и простиралась до Восточной Африки. Эта гипотеза также подкрепляется лингвистическими данными: языки койсанских народов и некоторых популяций Восточной Африки объединяет одна важная общая черта – наличие щелкающих согласных.

Возникновение земледелия и распространение языков банту

Возьмем ли мы охотников-собирателей тропических лесов, народы койсан или хадза и сандаве – в любом случае эти популяции в современном виде представляют собой лишь остатки народов, сохранившие свой образ жизни после двух главных культурных событий в истории Африки: распространения языков банту и возникновения земледелия. На основе лингвистических и археологических исследований мы знаем, что в период от 4000 до 5 000 лет назад народы, говорящие на языках банту, – которые до этого времени занимались охотой и собирательством на землях между современными Камеруном и Нигерией, – начали осваивать навыки ведения сельского хозяйства. Их язык и образ жизни, основанный на земледелии, оседлости и обработке железа, постепенно распространились по всей территории Африки к югу от Сахары. На сегодняшний день большинство популяций этой части Африки, хоть они и разбросаны на пространстве площадью в 500 000 квадратных километров, говорят на одном из 500 языков, принадлежащих группе банту.

Археологические находки указывают, что земледельческие навыки в ходе долгого, длившегося не одну тысячу лет путешествия распространились на огромные расстояния. Но вплоть до недавнего времени оставался неясным один вопрос. И правда, трудно только на основе археологических данных определить, что́ именно распространяется: исключительно культурные навыки, связанные с земледелием (тогда мы говорим о культурной диффузии), или же сами популяции, занимавшиеся земледелием и затем мигрировавшие (демическая диффузия)? Генетические исследования предлагают нам уникальную возможность для изучения демографических эффектов перехода к земледелию путем сравнения генетической изменчивости в популяциях земледельцев и охотников-собирателей. И вот каков вердикт: как первые исследования, основанные на анализе митохондриальной ДНК и Y-хромосомы, так и недавние исследования на базе целого генома, – все они указывают на большое генетическое сходство групп, говорящих на языках банту, даже если географически они живут далеко друг от друга, по сравнению с популяциями, говорящими на языках из других языковых семей. Генетические данные подтверждают модель демической диффузии языков банту и земледелия, и таким образом распространение народов банту является самым большим популяционным движением в истории Африки.

Несмотря на то что сам факт миграции народов банту не вызывал сомнений, вопрос миграционных путей, которыми передвигались эти народы, оставался открытым. Первая теория, получившая название «early split», или «раннее разделение», утверждала, что миграционное движение разделилось на две части с самого начала, когда народы банту только покинули свою «колыбель» – территорию между нынешними Камеруном и Нигерией – и направились на юг и восток. С этой теорией конкурирует другая, называемая «late split», или «позднее разделение», согласно которой эти народы вначале пересекли экваториальный лес – на территории современного Габона – и лишь затем разделились на два миграционных потока. Один взял курс на юг, другой – в сторону Восточной Африки. Похоже, что разрешить этот спор удалось – снова благодаря генетике. Действительно, совсем недавние исследования – в том числе под руководством Этьена Патэна (Институт Пастера и Национальный центр научных исследований⁵⁶) – свидетельствуют о том, что говорящие на языках банту популяции на юге и на востоке Африки генетически ближе к популяциям южной, а не северной части пояса экваториальных лесов. Таким образом, эти данные очевидно выступают в пользу теории «late split»: народы банту сначала пересекли экваториальный лес и отправились в направлении Восточной и Южной Африки, где встретились с коренными народами этих регионов.

Диффузия навыков скотоводства: археология и геномика

Перемещения популяций, связанные с новым образом жизни и способом пропитания, не ограничиваются только народами банту или культурной диффузией навыков земледелия и обработки железа. Археологические данные также позволяют нам предположить возникновение в Южной Африке скотоводства, и особенно – овцеводства. Практика разведения скота приходит из Восточной Африки, появляясь на территориях современных Замбии и Зимбабве около 2000 лет назад. Однако, как и в случае распространения земледельческих навыков и языков банту, археологические находки не могут подсказать, связано ли пастбищное скотоводство с демической диффузией – перемещением популяций, занимающихся выпасом скота – или же с диффузией самого этого навыка. Были проведены генетические исследования как современных популяций, так и древних останков народов кой-коин⁵⁷ (скотоводов) и сан⁵⁸ (охотников-собирателей) из Южной Африки: они выявили у всех койсанских групп наличие смешанной восточноафриканской/евразийской генетической составляющей. Интересно отметить, что эта составляющая особенно часто – в 23 % – 30 % случаев – встречается у скотоводов нама – одной из групп народов кой-коин; период гибридизации с их участием был датирован сроком около 1300 лет назад. Заключительные выводы этих исследований: навыки скотоводства попали в Южную Африку вместе с миграцией группы выходцев из Восточной Африки, которые впоследствии примкнули к местным группам южноафриканских охотников-собирателей, и в результате появились предки нынешних скотоводов кой-коин. Факты смешения групп земледельцев или скотоводов, мигрирующих в различные регионы Африки, с группами местных охотников-собирателей были очень многочисленными, и мы посвятим этой теме отдельную главу.