По меткам , оставленным случайными мутациями на митохондриальной ДНК , и мужчины и женщины могут проследить свою родословную по женской линии вплоть до самой « праматери» — Евы.

Прежде всего стоит заметить, что «Y-хромосомный Адам» и «митохондриальная Ева» — не супружеская пара, от которых произошло современное человечество. Они даже не были первыми людьми современного типа, «Адам» жил на десятки тысяч лет позже «Евы». Почему же именно от них мы ведем свою родословную? Примерно по той же причине, по которой генеалогические древа дворянских родов начинаются с самых дальних предков, которых можно разглядеть во тьме веков. «Адам» и «Ева» — не реальные люди, а виртуальные точки, с которых начинается ветвление молекулярно-генеалогического древа человечества.

Предыстория

В молекулярной генеалогии, как и в обычной, происхождение целых народов и отдельных людей прослеживается отдельно по отцовской и материнской линиям.

Если мужчина — носитель Y-хромосомы — не оставит потомков мужского пола, ветвь генеалогического древа по мужской линии обрывается. Наследование по женской линии, через митохондриальную ДНК (мтДНК), обрывается на каждом мальчике: полученные от матери митохондрии, дающие энергию для вращения хвостика сперматозоида, если и попадают в яйцеклетку, то по каким-то причинам разрушаются. И мужчины и женщины получают митохондрии из цитоплазмы материнской яйцеклетки, женщины передают ее своим дочерям, те — своим… Женская линия полностью обрывается в случае, если у женщины не будет дочерей. Так что даже при стабильной численности популяции, когда в среднем у каждой пары двое детей доживают до репродуктивного возраста, из-за случайных комбинаций пола потомков (два мальчика, две девочки или мальчик и девочка) в каждом поколении прервется четверть прямых линий половых маркеров, в следующем — еще четверть…

Теоретически через несколько десятков поколений число прародительских мтДНК и Y-хромосом уменьшится до исчезающее малой величины. Практически в популяции сохраняются маркеры тех родов, в которых такие обрывы не произошли — по чистой случайности или из-за редких положительных мутаций. Генетическое разнообразие дополнительно уменьшается, когда после засухи, наводнения, голодной зимы и т. д. от целого племени остается только горстка выживших. Увеличиваться разнообразие наследственных маркеров и генома популяции в целом может и за счет принятых в племя чужаков, и за счет случайных мутаций, особенно тогда, когда популяция растет, — но потом снова случаются голод, война, извержение вулкана или наступление ледника. Наверняка у Адама были братья и дяди по отцовской линии, а у Евы — сестры и тетки, но рассмотреть их следы по половым маркерам невозможно.

Наше все В одном из недавних исследований выяснилось, что типично африканские маркеры встречаются в хромосомах у 30% американцев, искренне считающих себя белыми — привет им от великого эфиопского поэта А.С. Пушкина! Давайте разберем на его примере некоторые сложности, на которые можно наткнуться, выясняя по ДНК индивидуальную родословную.

По 1/8 своих генов «солнце русской поэзии» получил из Эфиопии и Германии: прабабка поэта, урожденная Христина-Регина фон Шёберх, говорила: «Шорн шорт делат мне шорни репят…». Дед Пушкина, Осип Абрамович, получил половину эфиопских генов, включая Y-хромосому — скорее всего, одной из африканских групп, A или B. (Такую гаплогруппу, переданную по прямой мужской линии, наверняка можно найти у белобрысых жителей Пскова и окрестностей — Ганнибалы долго жили в Михайловском). У сыновей Сергея Львовича Пушкина и Надежды Осиповны Ганнибал (урожденной Пушкиной, но из другой ветви рода), была четверть эфиопских генов, но мтДНК они получили от матери, вероятно (хотя совсем не обязательно) гаплогруппы H, а Y-хромосомная гаплогруппа у них, скорее всего, была самая что ни на есть славянская, R1a. Как писал сам Пушкин, «Мы ведем свой род от прусского выходца Радши или Рачи… выехавшего в Россию во время княжества св. Александра Ярославича Невского». Пушкин ошибался: Радша «прииде из немцев» столетием раньше и, как установили пушкинисты, не «из немцев», а из Сербии, из города Петроварадина. В Сербии восточно-славянская гаплогруппа R1a встречается еще чаще, чем в России (хотя типично южнославянской считается I1b). А если бы «из немцев», то в Пруссии R1a — одна из самых распространенных групп: и от общего индоевропейского предка, и от лужичан (сорбов), давным-давно переселившихся от Адриатического моря далеко на север. Вполне возможно, что многие сербы и хорваты по фамилии Раджич — родственники Пушкина.

Африканское происхождение Евы вычислили еще в 1980-х годах. Адама — на 10 лет позже: число нуклеотидных пар в Y-хромосоме в тысячи раз больше, чем в мтДНК, и анализировать их последовательности намного сложнее. В обоих случаях по распределению мутаций-маркеров в пробах ДНК представителей племен, которые, по этнографическим данным, являются прямыми потомками первых поселенцев на данной территории, общие для всех современных народов маркеры нашли только в Африке. Оставшиеся на прародине человечества племена за тысячи лет приобрели свои маркеры, а наследники тех, кто разными путями расселился по свету, — свои. По частоте встречаемости этих меток в разных регионах планеты можно восстановить пути древних миграций и по Африке, и по всему миру. А знание вероятности появления случайных мутаций позволило рассчитать время жизни наших общих прямых предков по женской и мужской линиям — 150−200 тысяч и 60−80 тысяч лет назад соответственно — очень приблизительно и с огромными доверительными интервалами.

По женской линии человечество можно отследить дальше, чем по мужской, — примерно на 150−160 тысяч лет назад. Именно тогда в Африке жила праматерь всех ныне живущих людей — «митохондриальная» Ева. С нее началось ветвление генеалогического древа человечества.

От сотворения мира

Миллиарды лет назад митохондрии были бактериями, которые поселились в клетках примитивных эукариотических (имеющих клеточное ядро с линейными хромосомами) организмов и взяли на себя работу по производству тепла и энергии для хозяина. За время совместной жизни часть своих генов они растеряли за ненадобностью при жизни на всем готовом, часть — передали в ядерные хромосомы, и сейчас двойное кольцо мтДНК человека состоит всего из 16 569 пар нуклеотидных оснований. Большую часть митохондриального генома занимают 37 генов. Из-за высокой концентрации свободных радикалов кислорода (побочных продуктов окисления глюкозы) и слабости механизма восстановления ошибок при копировании ДНК мутации в мтДНК происходят на порядок чаще, чем в ядерных хромосомах. Замена, выпадение или добавка одного нуклеотида здесь происходят примерно один раз в 100 поколений — около 2500 лет. Мутации в митохондриальных генах — нарушения в работе клеточных энергостанций — очень часто бывают причиной наследственных болезней.

Поскреби русского — найдешь татарина Коренных народов на свете не бывает. Даже носители самой древней Y-хромосомной гаплогруппы А в современной Африке сейчас чаще всего встречаются далеко от предполагаемого места жительства «хромосомного Адама». Носители ее составляют в племенах бушменов и готтентотов те же 45%, что и среди сильно отличающихся от них по антропологическим данным арабов Судана. На втором месте — эфиопские племена амхара и оромо, которые живут примерно там же, где в отнюдь не райских условиях жил наш прародитель. А кого считать коренными англичанами? Иберийцев, которые переселились в Англию с территории Испании еще в III тысячелетии до н.э. Кельтские племена, которые примерно с 700 года до н.э. по очереди пересекали Ла-Манш из Бретани и вытесняли предшественников с насиженных мест? Потомков римских легионеров или германских племен англов, саксов, ютов? А к какой национальности приписать норманнов — к будущим французам или бывшим викингам? А ведь по археологическим данным, на Британских островах люди жили и до последнего ледникового периода, а с отступлением ледника совсем другие племена снова заселили эту землю. Так что британцы, как и все нынешние народы, — мигранты и метисы.

Тандемных повторов, которые используют в мужской ДНК-генеалогии, в мтДНК нет, и бессмысленных последовательностей очень мало: гены расположены вплотную друг к другу, разделяясь вставками из нескольких нуклеотидов. Для молекулярно-генетических исследований пригодна главным образом так называемая петля смещения — некодирующий участок размером 1143 пары нуклеотидов. Зато и мутации в нем происходят (вернее, сохраняются, так как практически не влияют на работу митохондрий) еще чаще, около одного раза в 1000 лет. Этот гипервариабельный участок мтДНК делят на два отрезка, лежащих по сторонам от нулевой точки, с которой начинается расхождение двойной спирали мтДНК при ее копировании. На отрезке от 16 001-го до 16 569-го нуклеотида находится «область низкого разрешения», HVR1 (hypervariable region 1), по которой можно определить гаплогруппу и, если повезет, получить немного дополнительной информации. Отклонения от стандарта в области высокого разрешения (HVR2), в 1−575-х нуклеотидах, используют для детального анализа. Правда, для индивидуальной родословной проследить родство по материнской линии удается не так точно, как по отцовской.

Клеточная энергостанция Единственная функция митохондрий — окисление глюкозы до углекислого газа и воды и синтез за счет выделяющейся при этом энергии клеточного топлива — АТФ и универсального восстанавливающего агента (переносчика протонов) НАДН. (НАДН — это никотинамидадениндинуклеотид — попробуйте произнести без запинки). Даже для этой простой задачи нужны десятки ферментов, но большинство генов белков, необходимых для работы и текущего ремонта митохондрий, давно перешли в хромосомы клеток «хозяев». В мтДНК остались только гены транспортных РНК, поставляющих аминокислоты к синтезирующим белки рибосомам (обозначены однобуквенными латинскими символами соответствующих аминокислот), два гена рибосомальных РНК — 12s RNA и 16s RNA (гены белков митохондриальных рибосом находятся в ядре клетки) и некоторые (не все) гены белков основных митохондриальных ферментов — НАДH-дегидрогеназного комплекса (ND1-ND6, ND4L), цитохром-c-оксидазы (COI-III), цитохрома b (CYTb) и двух белковых субъединиц фермента АТФ-синтетазы (ATPase8 и 6). Для нужд молекулярной генеалогии используется некодирующий участок — D-петля, состоящая из двух гипервариабельных регионов, низкого и высокого разрешения — HVR1 и HVR2.

Женская логика

Путаница с классификацией в молекулярной генеалогии по женской линии началась еще в 1981 году, когда ученые Кембриджского университета опубликовали полученные под руководством нобелевского лауреата Фредерика Сэнджера результаты первого секвенирования — анализа последовательности нуклеотидов — человеческой мтДНК. Этот текст из 16 569 нуклеотидов, Кембриджскую стандартную последовательность (Cambridge Reference Sequence, CRS), и приняли за эталон. Отклонения от него называют мутациями и обозначают комбинацией числа (номера нуклеотида) и буквы (названия нуклеотида). Например, 1651С означает, что нуклеотид под номером 1651 (в «стандартной» CRS это тимин, Т) заменен на цитозин (С), а 315.1С говорит о том, что после 315-го нуклеотида в «стандартную» цепь вставлен один лишний цитозин.

Упрощенное дерево митохондриальных гаплогрупп В отличие от Y-хромосомных гаплогрупп, митохондриальные упорядочены не по алфавиту. Так сложилось исторически. Например, группы A, B, C, D относятся к коренным жителям американского континента (индейцам), хотя и находятся на разных ветках этого дерева

CRS относится к одной из самых молодых гаплогрупп мтДНК. Она — результат сотен мутаций исходной последовательности, ведущей начало от «Евы». Но менять устоявшуюся классификацию слишком сложно, проще приспособиться к сложившейся номенклатуре. Гаплогруппы мтДНК, как и Y-хромосомные, обозначают латинскими буквами (это иногда приводит к путанице среди любителей, когда один из спорщиков пишет о материнской, а другой — об отцовской группе). Мужские гаплогруппы от A до R проиндексированы в порядке появления на генеалогическом древе соответствующих точечных мутаций. Самые древние женские относятся к надгруппе L, от L0 до L3, а относительно поздние, встречающиеся у индейцев Южной Америки и их азиатских родственников, получили индексы от A до D. К тому же, несмотря на то что на Y-хромосоме места для мутаций намного больше, женские гаплогруппы намного разнообразнее, и для вновь выявленных промежуточных групп приходится вводить комбинированные индексы вроде CZ и pre-JT.