Генетические адам и ева реферат

Обновлено: 03.07.2024

Константин Северинов, специалист в области молекулярной биологии, объясняет, как лингвисты помогли биологам узнать, откуда происходит человечество, кто такая митохондриальная Ева и встречалась ли она с Адамом

Генетическое имя

Для того чтобы анализировать, откуда происходят люди, можно использовать, как ни странно, не генеалогические, а лингвистические подходы — процедура поиска корня ныне живущих людей и вообще жизни на Земле очень похожа на процедуру определения корня каких-нибудь современных языков, принадлежащих к одной группе.

Африканское происхождение человека

Если мы возьмем генетический текст, в котором написано, что это, например, шимпанзе, то там тоже будет порядка трех миллиардов букв, но количество различий между средней шимпанзе и средним человеком будет не 0,1 %,
как между людьми, а 1 %. Тем не менее в целом текст все равно очень похожий. Генетический текст других млекопитающих будет отличаться больше, но все равно будет очень похож на наш.

Сейчас ежедневно определяются геномы различных организмов
и сравниваются друг с другом. Подход идентичен тому, как лингвисты ищут корень, допустим, славянских языков. Они сравнивают языки и выделяют наиболее похожие. Так, украинский больше похож на русский, чем каждый
из них в отдельности похож на чешский. Таким образом выстраиваются родовые деревья, на которых в виде веток показаны языки, выходящие
из общего корня, и чем ближе друг к другу ветки, тем ближе языки, которые обозначены этими ветками. Генетики тоже строят такие деревья, и интересным образом оказывается, что генетическое дерево жизни имеет один корень.

Самое простое объяснение этому неожиданному факту состоит в том, что древние люди исходно жили и эволюционировали (то есть становились более разнообразными и приобретали мутации-опечатки в своей ДНК) в Африке,
а потом некоторые небольшие группы этих людей, составлявшие лишь малую часть общего разнообразия, вышли (а может, были изгнаны) из исходного места обитания и в конце концов распространились по планете, заселив сначала Европу, потом Азию и Океанию, а затем и Америки.

Более тщательный анализ показывает, что таких исходов из Африки было несколько. Постепенно потомки этих выходцев изменялись и накапливали дополнительные мутации-опечатки. Но все равно они все как группа представляли лишь небольшое подмножество всего того генетического разнообразия, всех тех опечаток, которые вышли из исходного места. С другой стороны, те опечатки, которые приобретали переселенцы, в самой Африке отсутствовали — ведь вероятность независимого получения одной и той же опечатки очень мала.

Какой была Ева

То, что мы все родом из Африки, не подлежит никакому сомнению, а вот точный ответ на вопрос, когда произошел этот исход или исходы, не вполне ясен. Но в любом случае переселение началось не раньше, чем сто пятьдесят тысяч лет назад. Эта оценка получена с помощью концепции митохондриальной Евы, которая сама по себе не имеет отношения к тому факту, что мы все из Африки, но утверждает, что все митохондрии и митохондриальные ДНК живущих ныне людей сводимы к одной-единственной женщине, жившей в Африке около ста пятидесяти тысяч лет назад.

Как уже сказано, митохондрии наследуются по материнской линии, то есть митохондрию и мальчикам, и девочкам дает только мама. Проделаем небольшой мысленный опыт: посмотрим на все множество людей, которые живут сейчас на планете, — у каждого мужчины и каждой женщины, безусловно, была мама, и несложно понять, что количество мам, которые произвели на свет всех людей, меньше, чем количество людей, которые сейчас живут. Переходя так от каждого поколения к предыдущему, мы будем постепенно сокращать количество матерей, необходимых для того, чтобы произвести на свет следующее поколение, и, двигаясь по такому конусу, мы очень быстро придем к тому, что должна была существовать одна и только одна женщина, — это и есть так называемая митохондриальная Ева, митохондрия которой послужила источником всех живущих ныне людей, и жила она сто пятьдесят тысяч лет назад.

Конечно, мы не знаем, какая она была, эта Ева, но знаем, какая у нее была митохондриальная ДНК, какая была последовательность ее ДНК, так же как знаем про праиндоевропейский язык не потому, что на нем кто-то говорит сейчас, а потому, что его можно восстановить из современных языков, из него происходящих. Важно понимать, что Ева отнюдь не была единственной женщиной своего времени и вообще ничем не выделялась среди своих современниц. Она не была ни более красивой, ни более сексуальной, продуктивной или умной, чем другие женщины ее времени. Все, что мы знаем, — что у нее было как минимум две дочери, и у одной из дочерей произошла ошибка, опечатка в митохондриальной ДНК, так что она стала отличной от митохондриальной ДНК сестры, и каждая из сестер оставила потомков женского пола, которые, в свою очередь, имели дочерей.

Встреча Адама и Евы

Естественным образом возникает вопрос о мужчине, к которому можно свести все человечество. Его называют, соответственно, Адамом. С ним возникает точно такая же ситуация: из школьного курса биологии мы знаем, что Y-хромосому мальчик может получить только от папы. И точно так же, как мы выводим Еву, можно вывести Адама. Это некий мужчина, который по прямой отцовской линии является источником всех Y-хромосом у всех ныне живущих мужчин. Но если посчитать, когда этот человек жил, то получается порядка пятидесяти тысяч лет назад. То есть Ева древнее, чем Адам. Объясняется это тем, что мужчина может иметь больше детей, чем женщина, что позволяет Y-хромосоме распространяться быстрее, чем распространяется митохондриальная ДНК. Адам тоже ничем особым не был славен, просто он является источником Y-хромосом всех живущих сейчас мужчин.

Одноклеточный предок

Речь пойдет о наших прародителях. Их имена поставлены здесь в кавычках потому, что это не те Адам и Ева, о которых говорится в Библии. Это вполне конкретные мужчина и женщина, потомками которых являемся мы все, ныне живущие люди. Более строго, как мы увидим, их следует называть генетическими Адамом и Евой. Их реальное существование признается научным большинством, но некоторые ученые в этом пока сомневаются. Поэтому наши Адам и Ева сохраняют несколько мифический характер, хотя, на мой взгляд, мифического в них намного меньшие, чем в тех, чьи имена они заимствовали.

Наши Адам и Ева жили приблизительно 150-200 тысяч лет назад в Африке, и их еще нельзя относить к человеку разумному - Homo sapiens, а скорее, к предшествующему этапу антропогенеза - человеку прямоходящему, Homo erectus. Они жили скорее всего и разных местах и в разное время. Тем не менее мы все происходим от этой единственной прародительницы и единственного прародителя. Естественно, что они жили не одни - вокруг них и одновременно с ними мили еще десятки тысяч других внешне таких же людей.

Определенно некоторые из них также являлись нашими предками. Разница в том, что эти другие были предками кого-то из нас, может быть, даже многих из нас, но, что принципиально, не всех нас. Понятие же о генетических Адаме и Еве предполагает, что эти два "человека" являются прямыми предками ВСЕХ людей, живущих сейчас на Земле. На первый взгляд эти рассуждения кажутся и не очень понятными, и мало убедительными.

Y-хромосомный Адам — понятие из археогенетики, обозначающее наиболее близкого общего предка почти всех ныне живущих людей по мужской линии. Это имя не обозначает одного конкретного человека, так как генетические исследования постоянно меняют оценки жизни ближайшего общего предка.

Митохондрии — это внутриклеточные органеллы, имеющие небольшую собственную хромосому. В отличие от ядерной ДНК, которая содержит подавляющее большинство генов и в процессе полового размножения подвергается рекомбинации, так что потомки получают половину генов от отца, а вторую половину от матери, митохондрии и их ДНК ребёнок получает только из материнской яйцеклетки. Поскольку митохондриальная ДНК не подвергается рекомбинации, изменения в ней могут происходить исключительно посредством редких случайных мутаций. Путём сравнения последовательности митохондриальной ДНК и возникших в ней со временем мутаций можно не только определить степень родства ныне живущих людей, но и приблизительно вычислить время, необходимое для накопления мутаций в той или иной популяции людей. Таким образом можно вычислить и эпоху, когда мутаций ещё не было, и предковая популяция людей была генетически однородной. В 1987 году Ребекка Канн (Rebecca Cann) с коллегами предположили, что митохондриальная Ева могла жить между 140 и 280 тыс. лет назад. Согласно более поздним расчетам, митохондриальная Ева жила около 140 тыс. лет назад в Восточной Африке. Современные МП- и МЭ-оценки обычно дают диапазон возраста Евы 140-230 тыс. лет с максимумом вероятности на значениях порядка 180-200 тыс. лет. Последняя датировка стала общепризнанной оценкой. Тем не менее, в августе 2013 года появились новые данные о том, что Ева жила 99-148 тысяч лет назад с максимальной вероятностью 124 тысячи лет назад .

Хотя митохондриальная Ева названа в честь библейской, её не следует отождествлять с библейским персонажем или считать, что все люди являются потомками только одной женщины. Митохондриальная Ева — научная абстракция, созданная для упрощения расчётов. На самом деле речь идет об относительно однородной генетической популяции, среди потомков которой большинство ныне живущих людей получили митохондриальную ДНК от одной женщины, в то время как потомки других женщин по прямой женской линии той же предковой популяции не дожили до наших дней. Если у женщины нет ни одной дочери, то её митохондриальная ДНК не будет передана потомкам далее её собственного сына, хотя половину других генов унаследуют сыновья и их потомство

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы © The Metropolitan Museum of Art

Генетическое имя

Африканское происхождение человека

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы © The Metropolitan Museum of Art

Какой была Ева

Встреча Адама и Евы

Локомоция животных. Фотография Эдварда Мейбриджа. 1880-е годы © The Metropolitan Museum of Art

Одноклеточный предок

Вы знаете, что антропологи подразделяют людей на три большие расы: негроиды, европеоиды и монголоиды. Представители этих рас отличаются цветом кожи, формой тела, разрезом глаз и т.д. Но на самом деле четкие различия между разными людьми, относящимся к разным расам, имеются только если мы возьмем географически отдаленные группы. Если посмотреть на все разнообразие антропометрических признаков в целом, то окажется, что четких различий нет, существует множество переходных форм. Почему и как у людей сформировались внешние различия, где и когда зародилось человечество?

Чтобы ответить на этот вопрос в 1985 году Алан Уилсон – американский генетик – вместе со своей группой исследовал митохондриальную ДНК (мтДНК), которая передается, как известно из прошлых лекций, только по материнской линии (обозначена красным). Y-хромосома передается же только по отцовской линии (синяя линия), серой линией обозначена передача аутосомной ДНК, то есть весь остальной геном, передающийся нам от всех наших предков.

Y-хромосоме не с чем рекомбинировать, поэтому она, в отличие от рекомбинирующих аутосом, передается из поколения в поколение от отца к сыну неизменной. Изменения происходят в ней только за счет новых мутаций. То же и с мтДНК.

Генетическая карта мтДНК показана на рисунке справа, разным цветом показаны разные гены. У человека ее размер составляет 16 500 нуклеотидов.

Что сделал Алан Уилсон?

Он собрал образцы ДНК у людей разной расовой принадлежности (красные кружки на рисунке), исследовал мутации в мтДНК и выстроил дерево, в котором родственные последовательности, отличающиеся одним нуклеотидом, находились рядом, отличающиеся двумя нуклеотидами находились подальше друг от друга, и т.д. В конце концов у него получилось дерево, восходящее к одному корню, показанному желтым кружком. Все линии возле корня оказались африканскими, из чего был сделан вывод об африканском происхождении человека. Гипотетическую прародительницу, обладавшую мтДНК с рассчитанной последовательностью нуклеотидов, окрестили митохондриальной Евой, из-за чего неспециалисты стали писать, что Библия подтвердилась, что все человечество произошло от одной женщины Евы, жившей в Африке. Это неверно , так как она жила там не одна, при исследовании других генетических локусов было показано, что предковая популяция человека составляла 5 тыс. человек, просто одна из линий мтДНК дошла до нас, остальные линии потерялись. Это может произойти, когда у женщины рождаются только сыновья или она бесплодна. Точка, к которой сходятся линии, называется точкой коалесценции. Проводившиеся дальнейшие исследования, покрывающие практические весь земной шар, подтвердили выводы Уилсона. Датировка точки коалесценции – от 100 до 200 тыс. лет назад (последние оценки показывают 130-180 тыс. лет).

Все генетические корни человека уходят в Африку, численность предковой группы человека была 100 тыс. человек, затем был период резкого падения численности в 10 раз, как раз это время генетики считают временем схождения разных линий – датой точки коалесценции (так называемое время прохождение через “бутылочное горлышко”). Генетики считают, что именно в это время появился вид Homo sapiens. У антропологов дата появления человека – 2 млн. лет назад. На самом деле это время появления рода Homo. Можно столкнуться с тем, что неандертальца также считают подвидом Homo sapiens (называя его в этом случае Homo sapiens neanderthalensis). Однако критерий принадлежности к одному виду – появление при скрещивании потомства, что генетики отрицают, так как генетическое разнообразие у человека было бы гораздо больше, если бы оно накапливалось 500 тыс. лет, а не 100 или 200 тыс. лет. Раньше, в середине 20-го века предполагали, что неандерталец – предок человека. Однако сейчас ясно, что он наш эволюционный “двоюродный брат”. (Недавние результаты расшифровки ядерного генома неандертальца показывают, что скрещивание между неандертальцами и Homo sapiens, вероятно, всё-таки имело место. Прим. Редактора портала).

Если более крупно и подробно нарисовать это дерево мтДНК всего человечества, то получится такая картинка:

Красные кружочки на рисунке обозначают мтДНК современных людей, а само это дерево – гипотетическое, потому что есть очень немного образцов древних ДНК. Сначала отделились ветви на древе, которые сейчас находятся в Африке. Затем от одной из африканских ветвей отделилась ветвь, которая ушла в Азию. Там эта популяция поделилась на часть, которая ушла в Австралию и Океанию, и оставшуюся часть, которая поделилась на европейскую и азиатскую ветки. От последней отделилась группа, которая ушла в Америку. (Даты на рисунке – по количеству накопившихся мутаций митохондриальной ДНК).

Если это дерево положим на географическую карту, то увидим, как и когда люди расселились по Земле. Корень дерева - в Африке, потом ветвь идет в Азию, потом от азиатской ответвились все европейские линии митохондриальной ДНК.

Справа показано упрощенное древо человечества по Y хромосоме. В Y хромосоме появляются мутации, и если у одного из братьев появилась мутация, то он дал начало новой генетической линии. Каждая линия датируется по числу мутаций, отличающей ее от остальных. Ниже для примера показана область распространения линий. Самая древняя – в Африке, следующая – расселение вокруг Средиземного моря, и более молодая линия заселяет Северную Евразию.

По времени события развивались так. Вначале люди появились в Африке. Точное место назвать нельзя, но наиболее древние линии встречаются у некоторых этнических групп в Танзании и Субсахарской Африке (у бушменов и готтентотов). Потом они разделились на группы, одна из которых около 90 000 лет назад вышла в Восточное Средиземноморье (Левант). Эта группа затем полностью вымерла. Раньше считалось, что из Африки люди вышли через Левант, это на самом деле не так: первая попытка выхода около 90 000 лет назад оказалась неудачной – люди вымерли, и территория была заселена неандертальцами, которые потом тоже вымерли. Люди выходили из Африки при потеплении, вслед за животными, на которых они охотились, и за растениями, которые они ели. В благоприятных условиях численность популяции росла, и они расселялись на новые территории.

Следующая попытка выхода из Африки осуществилась по южному пути, через Южную Аравию. Преимущества этого пути заключалось в получении бесконкурентного источника питания – моллюсков (их раковину практически никто из животных не может разбить). Вышли они около 80 000 лет назад, а 74 000 лет назад случилось извержение вулкана Тоба, которое привело к экологической катастрофе – похолоданию по сценарию “ядерной зимы”. Слой пепла, оставшегося после этого извержения, достигает 3 метров. И, видимо, люди здесь вымерли, потому что потом территория Индии повторно заселялась с двух сторон. Далее люди заселили очень благоприятную для проживания территорию Юго-Восточной Азии. Там береговая линия была другой, не такой, как сейчас, водные промежутки были не очень большими, и, скорее всего, люди уже умели плавать на плотах. Около 60 000 лет назад они добрались до Австралии, около 50 000 они появились в Европе, а затем во время потепления была заселена вся Евразия. Предполагается, что около 25 000 лет назад была первая волна расселения в Америку. Тогда туда можно было пройти по суше. На месте Берингова пролива была суша Берингия. Эта первая волна вызывает очень много споров – была ли она на самом деле или нет. А 12-15 тыс. лет назад пошла вторая волна расселения, которая не вызывает уже никаких сомнений (есть археологические данные, подтверждающие этот факт).

Около 10-11 тысяч лет назад появляется земледелие на Ближнем Востоке. Плотность населения земледельцев была в 10 раз больше плотности населения охотников-собирателей. И эти земледельцы начинают расселяться во все стороны; идет вторая волна заселения территорий, на которые уже живут охотники-собиратели.

Когда люди расселялись в разные стороны, мутации в географически изолированных популяциях накапливались, давая начало новым генетическим линиям. Но популяции не только разделялись, в какие-то периоды они смешивались.

На карте справа обозначены народы бывшего СССР и сопредельных стран для того, чтобы можно было представить, каковы разные этнические группы, населяющие эту территорию. Этнический ареал русских, т.е. та область, где они сформировались, не очень большой, несмотря на то, что сейчас русские составляют около 80% населения России.

Следы смешения народов можно найти в их генах. На рисунке частоты европейских и азиатских линий мтДНК для некоторых народов, населяющих Россию.

На карте доля европейских линий показана синим, а азиатских – желтым. Видно, что генетическая граница между Европой и Азией проходит там же, где и географическая – по Уралу.

Генетические различия между разными популяциями могут быть связаны с адаптацией к факторам внешней среды, таким как климат, природные условия или к особенностям питания и типу хозяйства (производящее или присваивающее), к эндемичным инфекциям и некоторым другим факторам.

Рисунки к статье созданы на основе данных лаборатории анализа генома ИОГен РАН и следующих публикаций:

Читайте также: