Тайный язык жизни. Диалог с ученым о генах, геномах и наследственности - Константин Северинов

Так как хромосомы наших сестер или братьев будут составлены из других фрагментов хромосом наших бабушек и дедушек, чем наши, то и относительные пропорции этих фрагментов будут не такие, как у нас. Получается, что если под родством понимать количество общих генетических вариантов, то родство двух внуков с, например, их бабушкой с материнской стороны будет неодинаково (рис. 28). Конечно, эта разница не имеет никакого отношения к чувствам, которые бабушка испытывает к своим внукам, но факт остается фактом.

У каждого из нас 2 родителя, 4 бабушки и дедушки и 128 прапрапрапрапрабабушек и дедушек. В каждом поколении генетическая рулетка уникально перетасовывает фрагменты хромосом наших предков. Чем больше поколений разделяет нас и нашего предка, тем меньшим будет в нашем геноме количество полученных от него IBD-фрагментов, а сами эти фрагменты будут короче. Как следствие, набор общих генетических вариантов уменьшается и достоверность определения родства падает. Получить биологический материал (обычно используют свежую кровь) даже от прабабушек или прадедушек для большинства людей проблематично. Поэтому при определении отдаленного родства сравнивают не геномы предка и потомка, а геномы предполагаемых живущих потомков одного и того же предка, и пытаются обнаружить в них короткие IBD-фрагменты. На практике достоверно определить родство дальше шестого-седьмого колена не удается. Это означает, что если вы и какой-то другой человек имели общего предка, который жил в начале XIX века, то стандартный генетический тест вряд ли сможет подтвердить ваше родство. Так как распределение коротких IBD-участков предков в половые клетки случайное, надо быть готовым к тому, что даже если вы относитесь к древнему знатному роду на основании достоверных письменных источников, генетического подтверждения этому получить не удастся, и вовсе не потому, что ваши предки во многих поколениях были систематически неверны друг другу.

В сообществах, интересующихся человеческой генетикой, часто обсуждаются Y-хромосомные гаплогруппы. Многие считают, что принадлежность к какой-то конкретной гаплогруппе определяет происхождение и этничность. Попробуем с этим разобраться.

Из 23 пар человеческих хромосом одна – особенная. Хромосомы этой пары называются половыми. У женщин обе половые хромосомы – Х («икс»). Во время мейоза они ведут себя так же, как и другие парные хромосомы, и обмениваются фрагментами при кроссинговере. Но в отличие от других парных хромосом, лишь одна Х-хромосома в клетках женщин активна, а гены другой выключены. Выбор того, какая Х-хромосома останется активной, случаен. У мужчин есть одна X-хромосома, полученная от матери. Другая половая хромосома мужчин называется Y («игрек»). Она не похожа на свою Х пару и не способна обмениваться с ней фрагментами ДНК при кроссинговере. При мейозе у мужчин образуются половые клетки, содержащие одиночный набор из 22 неполовых хромосом (аутосом) и одну половую хромосому: или Х, или Y. У женщин яйцеклетки содержат одиночный набор из 22 аутосом и одну из двух Х-хромосом. Таким образом, при зачатии с равной вероятностью возникают оплодотворенные яйцеклетки с ХХ или с ХY комбинацией половых хромосом, из которых развиваются, соответственно, девочки или мальчики.

Наследование Y-хромосомы отличается от наследования других хромосом. Во-первых, она передается только по мужской линии – от отца к сыну. Во-вторых, она передается из поколения в поколение в неизменном виде, потому что обмена участками ДНК с Х-парой не происходит. Именно это свойство делает Y-хромосому удобным объектом для демографических и генеалогических исследований: генетические варианты, расположенные в линейном порядке на Y-хромосоме отца, передаются сыну в неизменном виде. Поскольку процесс копирования ДНК не абсолютно точен, при передаче от отца к сыну в Y-хромосоме появляется несколько de novo мутаций, которых не было у родителя. Таким образом, Y-хромосома у каждого мужчины имеет уникальный набор генетических вариантов. Это называется гаплотип.

Y-гаплотипы некоторых ныне живущих мужчин очень похожи. Происходит это потому, что они могут быть сведены к Y-хромосоме одного-единственного жившего в прошлом мужчины – общему предку по мужской линии. Так как имеется приблизительная оценка количества мутаций, которые накапливаются при передаче Y-хромосомы от отца к сыну, можно оценить, сколько поколений назад жил общий предок двух современных мужчин с похожими Y-гаплотипами. Чем больше отличий, тем больше поколений до общего предка.

Подобно тому как мелкие ветки дерева могут быть сведены к более крупным, так и похожие гаплотипы могут быть объединены в гаплогруппы. Объединение в гаплогруппу происходит на основании одного-двух полиморфизмов, которые присутствуют в Y-хромосомах одних мужчин, но отсутствуют у других. Анализируя отличия в последовательностях ДНК Y-хромосом мужчин одной гаплогруппы, можно оценить возраст гаплогруппы, то есть определить, когда жил общий предок мужчин с этой гаплогруппой. Для какой-то группы современных мужчин мы найдем общего предка по мужской линии, жившего примерно 500 лет назад. Количество ныне живущих мужчин, чей общий предок жил 6 тысяч лет назад, будет гораздо большим. Тех, у которых общий предок по мужской линии жил 50 тысяч лет назад, будет еще больше. В конечном счете оказывается, что все ныне живущие мужчины, для которых определены Y-гаплотипы, являются прямыми потомками по мужской линии одного-единственного мужчины, жившего 150–200 тысяч лет назад. Этот мужчина – ученые называют его Y-хромосомным Адамом, – разумеется, не был единственным мужчиной своего времени. Просто Y-хромосомы его современников «исчезли», не дожили до нашего времени. Произошло это потому, что в череде потомков этих мужчин были такие, у которых или рождались только девочки или вообще не было детей. Y-хромосомный Адам – довольно условное понятие. С накоплением генетических данных время, когда он жил, будет отдаляться от нас, потому что будут находиться люди, Y-хромосомные гаплотипы которых не похожи ни на один из уже известных.

Широкие демографические исследования Y-хромосом начались в конце ХХ века, задолго до того как полногеномное секвенирование стало широкодоступным. Для этого использовали не собственно последовательности Y-хромосом, а определяли количества копий STR – микросателлитных повторов, которые могут сильно различаться у разных людей. Сейчас Y-гаплотипы и гаплогруппы могут быть получены напрямую из данных полногеномного секвенирования. Частота встречаемости Y-гаплогрупп в разных местах земного шара разная. Полиморфизмы, характерные для наиболее старой гаплогруппы A, присутствуют у всех ныне живущих мужчин. Ряд вариантов этой гаплогруппы характерен для коренных жителей северо-восточной и южной Африки. Более молодые гаплогруппы характерны для других континентов, а среди коренных жителей Африки