logo
 

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Антропологи тратят столько сил на восстановление внешности древних людей, а зачем и кому это нужно? Польза-то какая? Ответ готов: у методик реконструкции с самого их рождения была, помимо удовлетворения праздного любопытства ученых, очень приземленная функция — криминалистическая экспертиза. Антропологи помогали в установлении личности неопознанных останков — жертв преступлений, катастроф и стихийных бедствий.

И уже давно плечом к плечу с классическими антропологами в сфере криминалистики трудятся генетики: ищут преступника по его крови, слюне, семени и даже по следам пота на предметах, к которым прикасался злоумышленник. Это возможно сделать, если генетический автограф негодяя есть в полицейской базе данных. А если нет? Тогда можно пустить в ход геногеографию: попытаться выяснить регион происхождения человека. А вдруг и с этим беда? Тогда стоит попробовать что-нибудь узнать о внешности хозяина генома. Проще всего — цвет его волос, глаз и кожи.

Конечно, перед разработчиками такой методики возникает множество трудностей. Хотя генов, влияющих на нашу пигментацию, изучено немало, механизм их работы понятен далеко не всегда. Тем более сложно разобраться в том, как эти гены взаимодействуют друг с другом. Например, вы помните, что мутации гена MC1R связывают с рыжеволосостью и бледной кожей. Парадоксально, но в некоторых популяциях эти «рыжие» мутации, даже в гомозиготном виде, не дают ожидаемого эффекта. Например, у коренных жителей Лигурии (северо-запад Италии) очень редко можно увидеть рыжие волосы, а также — и это привлекло внимание медиков — снижена частота меланомы. Оказалось, что у лигурийцев, как и у других европейцев, встречаются мутации MC1R, но почему-то их носители далеко не всегда рыжеволосы и бледнокожи. Исследователи предположили, что влияние каких-то других генов может «маскировать» эффект мутантного MC1R. Было показано, что такое маскирующее действие производит ген HERC2. В генетике подобная ситуация называется «эпистаз». Теперь представьте, что мы будем пытаться угадать цвет волос человека по тому, какой у него вариант MC1R. В случае лигурийцев наша методика даст осечку. Другой пример: тот самый вариант «гена рыбы-зебры» SLC24A5, который связывают со светлой кожей у европейцев, встречается на севере Индии у некоторых очень смуглых индивидов. Вероятно, другие гены, усиливающие пигментацию, как-то нейтрализуют его действие. Если бы мы равнялись только на SLC24A5, ни за что бы не подумали, что у этих людей темная кожа.

Чтобы избежать таких ошибок, необходимо изучать особенности работы генов в самых разных человеческих популяциях. Значительная часть исследований до недавнего времени была сосредоточена на особенностях европейцев — в частности, на том, чем эти люди отличаются от африканцев. По мере того как накопились данные по жителям Меланезии, Юго-Восточной Азии, Нового Света, юга Африки, стало понятно, что ученые лишь в начале пути. Вспомним недавнее исследование южноафриканских койсанов, которое показало, что 50 известных генов пигментации объясняют только 20 % изменчивости цвета кожи этих людей.

Нужно разобраться и с тем, как влияют друг на друга разные аллели одного и того же гена. Каждый ген мы получаем от родителей в двух копиях — аллелях. Из законов классической генетики следует, что если аллели разные, то один из них, доминантный, подавляет другой, рецессивный. Оказывается, бывает и по-другому — например, проявляются оба аллеля (кодоминирование) или работа одного из них подавляется частично, и получается промежуточный вариант.

Прекрасно понимая все эти трудности, ученые в последние десять лет постарались создать работоспособные методики. Первыми поддались анализу глаза и волосы. Почему? Дело в том, что подавляющая часть разнообразия глаз и волос встречается у людей европейского происхождения. Это удобно: генетикам проще изучать группу людей относительно однородную, эволюционировавшую в пределах конкретного континента. С кожей — совсем другая, более сложная, всепланетная история. Вспомним, что на востоке и на западе Евразии кожа светлела разными путями. Поэтому метод, испытанный на европейцах, в другой части света работать не обязан.

Один из первых эффективных инструментов, определяющих цвет глаз по генетическим маркерам, был создан международной группой ученых во главе с американским генетиком Сьюзен Уолш. Система, названная IrisPlex, использовала шесть снипов, чтобы определить, к какому типу относятся глаза индивида — голубым, карим или «промежуточным».

Чуть позже исследователи добавили еще 18 снипов и получили HIrisPlex, которая предсказывала цвет не только глаз, но и волос (H — англ. hair, волосы, Iris — радужка). Методику оттачивали на крупных базах данных, включавших информацию о тысячах людей в основном европейского происхождения, чтобы добиться хорошей предсказательной способности (например, рыжие волосы верно определяются в 92 % случаев).

Методику предлагали использовать для самых разных задач, в частности для идентификации останков исторических личностей. Эффективность HIrisPleх проверяли на зубе польского генерала Владислава Сикорского, погибшего в авиакатастрофе 1943 года, на останках из средневековых склепов и на жертвах войн. Кстати, такие работы показывали, что условия, в которых находился образец, бывают важнее для его сохранности, чем даже срок давности: порой из зуба, хранившегося под полом церкви несколько веков, удавалось получить ДНК лучшего качества, чем из костей человека, погибшего пару лет назад.

В одном из экспериментов исследовали останки из словенских братских могил времен Второй мировой войны. Два образца из одной могилы, судя по ДНК, принадлежали близким родственникам, вероятно, братьям. HIrisPlex показала, что у одного из мужчин были каштановые волосы и карие глаза, второй же — голубоглазый «темный блондин». Старая женщина по этому описанию опознала своих братьев, убитых более 70 лет назад. Генетическая экспертиза подтвердила ее родство с погибшими.

Еще более впечатляющий пример применения HIrisPlex — исследование предполагаемых останков короля Англии Ричарда III. Легендарный злодей из одноименной пьесы Шекспира, Ричард III погиб 22 августа 1485 года в битве при Босворте (знаменитая фраза «Коня, коня, полцарства за коня!», произнесенная перед гибелью, вложена в его уста Шекспиром). Точное расположение могилы Ричарда было утрачено. Останки покоились где-то на территории францисканского монастыря в Лестере, но от самого монастыря давно ничего не осталось. Однако в начале XXI века археологи обнаружили монастырские развалины, находящиеся под автомобильной стоянкой, а при дальнейших раскопках наткнулись на скелет. История исследования этого скелета — прямо-таки учебное пособие по антропологической экспертизе. Первое, что бросилось ученым в глаза, — сильный сколиоз, искривление позвоночника. Шекспир, конечно, перестарался, описав Ричарда III как уродливого горбуна, но известно, что одно плечо у короля было выше другого. На скелете — следы как минимум от 11 ранений, нанесенных тяжелым острым орудием — мечом или алебардой. Этот человек точно погиб в бою. Изотопный анализ показал, что рацион погибшего включал много белка и морепродуктов — такое в XV веке могла себе позволить только элита. Удалось выяснить также, что покойник страдал от аскарид. Остатки яиц этих паразитов нашли в области таза (к установлению личности это не имеет отношения, но королевские аскариды — разве не здорово?). Известно, что королю на момент гибели было 32 года, что соответствовало антропологической оценке возраста скелета (от 30 до 34 лет). Подходила и радиоуглеродная датировка: примерно 1456–1530 годы н. э. Похож, но он ли? Пришло время для генетической экспертизы, которая проводилась по нескольким направлениям. Во-первых, установили пол покойника — судя по наличию фрагментов Y-хромосомы, мужской. Во-вторых, хорошо бы сравнить ДНК предполагаемого короля с его современными родственниками. Но для этого подойдут не любые части генома, а только те, которые не перемешиваются при половом размножении. Нужна митохондриальная ДНК, передающаяся только по женской линии, и Y-хромосома, наследуемая мужчинами. Соответственно, годятся только потомки по прямой женской линии (если в ряду потомков был хоть один мужчина, то мтДНК потерялась), либо по прямой мужской (при рождении женщины утрачивается Y-хромосома). Сложность в том, что прямых наследников Ричард III не оставил. Тем не менее нашлись пятеро потомков его прапрадедушки Эдуарда III (мужская линия, Y-хромосома) и двое — старшей сестры короля Анны Йоркской (женская линия, мтДНК). Обычно женскую родословную сложнее проследить, ведь при браке женщины меняли фамилии. Но поскольку речь идет о дворянстве, генеалогия скрупулезно фиксировалась в течение многих поколений.

Дальше — немного детектива.

МтДНК скелета из Лестера идеально совпала с последовательностью потомков Анны Йоркской. Случайность? Едва ли. Вариант редкий — среди 26 000 последовательностей из базы данных европейских мтДНК такой не нашлось.

А что там у мужчин? Гаплогруппы Y-хромосомы четырех потомков Эдуарда III совпали между собой, у пятого гаплогруппа оказалась другой, а у скелета из Лестера — третьей, не совпадающей ни с одним из потомков! Неужели не Ричард? Но как тогда объяснить совпадение мтДНК?

По-видимому, в линии, идущей от Эдуарда III, дважды кто-то из жен изменял мужу. Так в королевский генофонд два раза попали чужие гаплогруппы. Исследователи, кажется, не слишком удивлены. В среднем ложное отцовство обнаруживается в одном-двух случаях из ста. За 19 поколений, да еще в нескольких линиях такое событие более чем вероятно. Установить, когда конкретно это произошло, невозможно, но, если одна из измен случилась в цепочке между кем-то из монархов, это означает нелегитимность дальнейшей власти. Например, всей династии Тюдоров. А если «погуляла» мама или прабабушка Ричарда III — возможен и такой вариант! — то сам Ричард сел на трон незаконно. Вот это поворот.

За исключением спорной мужской родословной, другие свидетельства однозначно указывают на то, что найденный под автостоянкой скелет — король Ричард. Осталась еще наша основная тема: экспертиза внешности. Прижизненных изображений короля не сохранилось, но есть несколько, выполненных вскоре после его смерти. Один из таких портретов написан в районе 1510 года, что подтвердил дендрохронологический анализ дубовой доски, на которой выполнен рисунок. На картине мы видим худощавого мужчину с голубыми глазами и светло-каштановыми волосами. Когда генотип найденного скелета прогнали через HIrisPlex, результатом были голубые глаза с вероятностью 96 % и светлые волосы (77 %). Глаза, как видим, совпали, а что касается волос, то методика пока что не позволяет оценивать возрастные изменения и выдает наиболее вероятный цвет для ребенка. Возможно, юным отроком Ричард был блондин, но, возмужав, слегка потемнел.

Суммируя свидетельства, исследователи пришли к выводу, что останки из Лестера принадлежали королю с вероятностью более 99,999 %. В довершение антрополог-реконструктор Кэролайн Уилкинсон выполнила по черепу скульптурный портрет Ричарда III. У злобного шекспировского тирана оказалось довольно приятное лицо.

Посмотрите, сколько инструментов в руках современных «дознавателей»: изотопный анализ, радиоуглеродное датирование, дендрохронология, антропологическая экспертиза, генетическая генеалогия и, наконец, восстановление внешности по ДНК. Кто-нибудь еще хочет сказать, что историки — «всего лишь гуманитарии»?

Благодаря достижениям науки перед нами успешный случай идентификации пропавшего без вести человека спустя 500 с лишним лет.

Другие исследователи тоже не сидели сложа руки, создавали свои модели и немедленно прикладывали их к самым разным образцам — историческим и доисторическим. Показательно название статьи 2012 года: «Предсказание фенотипа пигментации человека по геномным данным: от неандертальца до Джеймса Уотсона». Авторы старались определить цвет глаз, волос и кожи 30 личностей, среди которых, помимо денисовского человека и палеоэскимоса из Гренландии, действительно затесался первооткрыватель структуры ДНК Джеймс Уотсон. Сами авторы признавали несовершенство методики, которая работала только с гомозиготными генетическими вариантами. Палеоэскимос получался с рыжими волосами и веснушками, а у Уотсона толком определить удалось только глаза — голубые.

Как вы понимаете, самым крепким орешком оставался цвет кожи. Тем не менее еще в 2010 году специалисты попытались создать версию методики, делавшей прогноз цвета кожи на основании всего трех снипов. Более совершенная процедура появилась годом позже, для нее нужно было семь снипов, результат мог быть трех типов — «не-белый», «не-темный», либо «не белый / не темный» (т. е. промежуточный). Еще более продвинутая версия оценивала уже 17–18 снипов, а вероятность угадывания «темная/светлая кожа» составляла 67 %.

Наконец, в 2014 году ученые оценили предсказательную силу 59 снипов и отобрали из них 10, дающих хорошие прогностические результаты. Однако методику успели отточить на небольшом числе индивидов. В 2017 году разработчики увеличили объем выборки до 2025 человек со всего мира и тестировали уже 77 снипов. В результате родилась модель, которая с хорошей вероятностью угадывала, к какой из пяти категорий цвета относится кожа, от очень бледной до очень темной (Dark-Black). Методику протестировали на 200 индивидах из разных человеческих популяций с очень приличным результатом. Например, «очень темную» кожу удалось угадать в 98 % случаев.

После этого, объединив разработки, специалисты представили единую систему ДНК-тестирования HIrisPlex-S (S — англ. skin, кожа). 17 снипов, используемых для предсказания цвета кожи, совместили с 24 снипами глаз и волос (19 из них также влияют и на кожную пигментацию). Методика оценивает вероятность для трех цветов глаз, четырех цветов волос и пяти типов кожи.

Для обучения системы были подключены генетические данные многих сотен индивидов из разных частей света, причем анализировались образцы «криминалистического» типа: пятна крови, слюна, семя, соскобы из вагины и следы от прикосновения к различным предметам.

Описанию разработки посвящена статья в журнале о криминалистической генетике Forensic Science International: Genetics, вышедшая в 2018 году. Поскольку речь о следственной экспертизе, крайне важна устойчивость методики в сложных ситуациях. Например, что будет, если смешать образцы ДНК двух разных человек? Испытания показали: метод позволяет выяснить, что образец смешанный, правда, не во всех случаях. Отличит ли методика ДНК человека от ДНК животных? Согласно тестам, да, отличит, за исключением случая шимпанзе — наши ближайшие родственники слишком уж похожи на нас. Воспроизведется ли результат в разных лабораториях? Да, проверка в пяти независимых исследовательских центрах прошла успешно, дав корректные результаты для 28 из 30 образцов.

Тестируя работу алгоритма, авторы нанесли предсказанные цвета кожи тысячи с лишним человек на мировую карту. Полученная картина в самом деле похожа на реальное географическое распределение пигментации.

Методика отлично показала себя на образцах плохого качества, содержащих очень маленькое количество ДНК. Разработчики планируют продолжать совершенствовать метод: включать в процедуру новые снипы и повышать надежность предсказаний.

Недавно появилась аналогичная модель, которая предсказывает форму волос: на основании 32 снипов можно узнать, прямые волосы или «непрямые». Пока что надежность предсказания — 66 % для европейцев и 79 % для азиатов, и главную партию играет знакомый нам ген EDAR. На сегодняшний день это единственная модель для криминалистов, предсказывающая признак, не связанный с пигментацией.



Переходим к самому интересному. Кроме прочего, разработчики HIrisPlex-S презентовали онлайн-вариант методики, доступный любому желающему. Теперь, если у вас есть подходящий геном, смотрите, какие генетические буквы находятся в указанных позициях, заполняйте форму и получайте прогноз!

У нас есть подходящий геном, и не один! Ведь на сайте Института эволюционной антропологии им. Макса Планка выложены в свободный доступ генетические последовательности древних людей. Конечно, мы с биологом Константином Лесковым не удержались и воспользовались этой возможностью — испытали работу программы на геномах двух неандертальцев (из Денисовой пещеры и из пещеры Виндия), денисовского человека и древнего Homo sapiens из Усть-Ишима (Сибирь, 45 000 лет).

Для уточнения деталей мы даже вступили в переписку с одним из авторов исследования, Сьюзен Уолш.

В итоге получились любопытные результаты, которые я привожу ниже.




Итак, оба неандертальца и денисовец, если верить программе (и если мы нигде не ошиблись), черны как ночь. Кожа, волосы и глаза сапиенса из Усть-Ишима столь же темные.




Должен сказать, однообразная темнокожесть всех четверых озадачила нас: вдруг систему заело? Для контроля мы взяли геномы француза и пигмея мбути, выложенные на том же сайте Института эволюционной антропологии им. Макса Планка, и вот что получилось.




Похоже, правда? Значит, методика не глючит.

И все же, прежде чем заявлять во всеуслышание о черных неандертальцах, надо сделать важную оговорку. HIrisPlex-S — методика, предназначенная для тестирования современных людей. Как видим, даже в рамках нашего вида эволюция пигментации шла разными путями. А неандертальцы и денисовцы сотни тысяч лет эволюционировали в Евразии независимо от наших предков и вполне могли посветлеть своим особым образом, в результате неких мутаций, нам пока неизвестных. В этом случае методика не сработает, потому что такие уникальные для неандертальцев снипы в калькуляторе HIrisPlex-S отсутствуют. Для выявления специфических мутаций, влияющих на «окраску» древних людей, необходимы более глубокие исследования архаичных геномов.

Напомню о пресловутых рыжих волосах неандертальцев. Мутация в гене MC1R, из-за которой испанский и итальянский неандертальцы должны были порыжеть, у современных людей не встречается.

Правда, как я уже писал, у неандерталок из Денисовой пещеры и Виндии этой мутации в любом случае нет. Быть может, неандертальский цвет волос так же радовал древних троглодитов своим разнообразием, как радует современных европейцев.

И все-таки, если неандертальцы Денисовой пещеры и Виндии, а также денисовец и древний сапиенс из Усть-Ишима действительно были очень темнокожими кареглазыми брюнетами, то какой из этого вывод? Простой: значит, общий предок сапиенсов, денисовцев и неандертальцев был темнокожим брюнетом с карими глазами. Посветление евразийских сапиенсов могло происходить независимо от неандертальцев, если таковые вообще светлели.

Древние геномы готовят нам еще множество сюрпризов. Доступность инструментов для их анализа позволяет любому энтузиасту генетики, сидя дома за компьютером, совершать маленькие открытия подобно тому, как астрономы-любители открывают новые кометы и астероиды.

Методики предсказания пигментации по ДНК быстро совершенствуются. Вероятно, в ближайшем будущем такая система будет выдавать результат не в виде категорий «бледный — промежуточный — темный», а количественно, в единицах меланинового индекса. А еще лучше — картинкой заданного оттенка. Кстати, примерно так уже сейчас работает сервис по предсказанию цвета глаз: результат его работы — изображение глаза с радужкой нужного цвета.










Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.