logo
 

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Наш новый герой заинтересовал ученых благодаря маленькой рыбке данио-рерио (известной также как zebrafish, рыба-зебра). Это серебристое существо с продольными полосками — популярный объект исследований биологов, ее неоднократно генетически модифицировали и даже отправляли в космос. А трансгенная флуоресцирующая, т. е. светящаяся в ультрафиолете, рыбка оказалась первым домашним ГМО-животным, продающимся под брендом GloFish.

Одна из мутантных форм данио-рерио, получившая название golden, отличается более светлой окраской, слабо выраженными полосками и бледными глазами. Пигментные клетки рыбки «гольден» — меланофоры — маленькие, неправильной формы и содержат меньше меланина, чем у обычных, диких особей. Точно таким же образом меланоциты светлокожего человека отличаются от меланоцитов африканца.

Как и в случае с MC1R, сходство биологических процессов у таких, казалось бы, разных существ, как рыбка и человек, побудило людей искать общую генетическую основу. Изучив более 1000 мутантных эмбрионов рыбки, генетики обнаружили связь специфической окраски с мутацией на хромосоме 18, в гене slc24a5, члене семейства генов, отвечающих за натриево-кальциевый обмен (SLC 24 — solute carrier 24, транспортеры растворимых веществ 24). Кальций необходим для синтеза меланина, и продукт работы гена, находящийся на клеточной мембране, регулирует этот процесс.

То, что мутации в данном гене связаны с типом пигментации «гольден», показал эксперимент: когда мутантным эмбрионам делали инъекцию нормального, дикого гена slc24a5, цвет рыбок частично восстанавливался.




Рыбка нам пусть дальняя, но родня: у человека нашелся похожий ген SLC24A5 (аминокислотная последовательность совпала на 69 %). Здорово, что, когда рыбке ввели человеческий вариант гена SLC24A5, тот заработал — следовательно, функция гена сохранилась, он также влияет на пигментацию у нас, как и у наших маленьких чешуйчатых родичей. Позже на культуре человеческих меланоцитов было показано, что если ген SLC24A5 выключить, синтез меланина нарушается. Затем оказалось, что у 98 % европейцев один вариант этого гена (Ala111Thr, в 111-й позиции стоит аминокислота треонин), а у более 93 % афроамериканцев, индейцев и восточных азиатов — другой, предковый (в 111-й позиции аланин). Когда ученые проанализировали две смешанные популяции, афроамериканскую и афрокарибскую, сомнения отпали: вариант SLC24A5 влиял на цвет кожи, меняя меланиновый индекс на 7–12 единиц. Много это или мало? Для сравнения: разница между европейцами и африканцами составляет около 30 меланиновых единиц. К этому моменту генетики уже описали несколько генов, связанных с пигментацией, но только для одного из них (ASIP, агути-сигнальный белок) удалось оценить вклад, и он не превышал четырех меланиновых единиц. Новый ген посерьезней будет! Однако восточные азиаты, несмотря на светлую кожу, оказались носителями предкового, «африканского» варианта SLC24A5, что усложняло картину. Похоже, наш ген осветлял только европейцев.

С этого момента ген SLC24A5 стал постоянным объектом исследований генетики кожной пигментации (по запросу «SLC24A5» поисковик по научным публикациям Google Scholar выдает более 2400 результатов). Выяснилось, что работа гена сказывается не только на цвете кожи, но и на окраске глаз. На страницах книги мы с ним встретимся еще не раз.

Вот лишь одна из относительно недавних публикаций, 2017 года, — исследование, в котором участвовало более 1100 индийцев. Индия — огромная страна с разнообразным населением, а самое любопытное для исследователей — наличие каст, в которых практикуется эндогамия, т. е. браки заключаются только внутри касты. Благодаря этому у представителей разных каст цвет кожи может сильно отличаться. Ученые решили посмотреть, как социальная структура в Индии влияет на цвет кожи… а заодно нашли новый вариант гена SLC24A5, распространенный среди индийцев, — его наличие связано с более светлой кожей (на семь единиц меланинового индекса!).

Познакомимся с еще одним геном, о котором ученые узнали благодаря и мышам, и рыбам. Обозначают его SLC45A2. Да, похоже на SLC24A5, я тоже их путаю. К счастью, у гена есть и другие названия, например ген связанного с мембраной транспортного белка, MATP (ну что, стало легче?), а также антиген меланомы 1 (AIM-1, дословно англ. — absent in melanoma 1, «отсутствующий в меланоме»).

В 2001 году группа американских медиков исследовала альбинизм у мышей, вызываемый мутациями в гене underwhite. Нарушения работы гена приводили к формированию маленьких и угловатых меланосом. Параллельно японские ученые занялись очень похожим геном (ортологом) у рыбки медаки — аминокислотная последовательность белка, который он кодирует, совпадала с мышиной на 82 %. Мутантных рыбок, отличавшихся оранжево-красной окраской, столетиями разводили в Японии. Matp — так стали называть ген — вероятно, отвечает за транспорт каких-то важных веществ через мембрану меланосом и играет ключевую роль в пигментации столь разных позвоночных, как рыба и мышь. Значит, стоит присмотреться к тому, как себя ведет родственный ген у человека. Изучив 100 людей-альбиносов из разных частей планеты, исследователи нашли необычного индивида из Турции. Внешне он походил на классического альбиноса с OCA2, страдал нарушениями зрения, хотя ген OCA2 у него не содержал мутаций. Зато мутантным у пациента, причем в гомозиготном виде, оказался ген MATP. Этот случай послужил эталоном для описания нового типа альбинизма — OCA4. Однако, помимо этой мутации, ученые обнаружили в гене MATP другие вариации, не приводившие к альбинизму.

Интерес к гену породил серию исследований. Оказалось, что:

— один из вариантов гена (L374F, замена в 274-й позиции лейцина на фенилаланин) встречается у белых Южной Африки с очень высокой частотой (89 %), а у японцев, негров, папуасов практически отсутствует. Сравнение с обезьянами, мышью и рыбой показало, что описанный вариант гена — новый, производный. Не связан ли он с ослаблением пигментации у европейцев?

— этот же вариант L374F нашелся у 96 % немцев. Возможно, у южноафриканских белых частота ниже, поскольку они на 7 % смешаны с местным населением?

— предковый вариант гена MATP редок у европейцев в Австралии и ассоциируется у них со смуглой — оливковой — кожей, темными волосами и глазами.


Итак, производный аллель L374F очень распространен в Европе, а за ее пределами встречается редко. Не поискать ли признаки естественного отбора? А как это сделать? Допустим, какой-то кусочек ДНК подвергается положительному отбору, т. е. быстро распространяется в популяции, потому что содержит полезные мутации, улучшающие жизнь их обладателя. «Кусочек» существует не в вакууме, справа и слева от него есть другие последовательности ДНК, и какие-то прилегающие их части прицепляются и начинают распространяться вместе с центральным участком просто потому, что они рядом. «Автостопом» — помните, в первой части книги я уже употреблял этот термин? Это значит, что вокруг «отбираемого» варианта у разных людей в ДНК должны быть одни и те же последовательности. И падает гетерозиготность, т. е. часто будут совпадать последовательности на обеих хромосомах, доставшихся и от отца, и от матери.

Если же какая-то мутация ни вредна, ни полезна, она гуляет в популяции по воле случая, и снижения разнообразия вокруг нее не произойдет. Японские исследователи протестировали по этому признаку несколько сотен человек — китайцев, африканцев из Ганы и Южной Африки, европейцев и жителей Шри-Ланки. Что творится в ДНК этих людей на участке длиной семь с половиной килобаз, охватывающем вариант L374F?

Заодно сравнили человеческий вариант с геном шимпанзе. Разница составила меньше 1 % (различия в 80 позициях). Кто-то все еще сомневается, что шимпанзе — наш ближайший родственник?


Разнообразие на этом кусочке ДНК у европейцев оказалось очень низким, что совсем непохоже на картину нейтральной эволюции. Получалось, что данный генетический вариант распространялся под давлением отбора, причем даже более сильного, чем отбор на аллели, защищающие людей от малярии в Африке.

Исследователи прикинули, что вариант гена, содержащий мутацию L374F, появился примерно 39 000 лет назад. А ведь как раз в это время кроманьонцы покоряли Европу.

Ах, как красиво выходило! Однако несколькими годами позже ученые получили более скромную дату: по новым оценкам, европейские варианты как MATP, так и SLC24A5 начали распространяться 11 000–19 000 лет назад, т. е. спустя многие тысячи лет после выхода Homo sapiens из Африки. Почему такая задержка? Хороший вопрос. Может быть, последний пик ледникового периода 15 000–20 000 лет назад заставил людей сооружать надежные убежища, сильнее кутаться в одежду и тем самым усугубил недостаток ультрафиолета? Кроме того, небольшая популяция мигрантов как раз в конце ледниковья, возможно, стала расти, а чем больше людей, тем больше возможностей для накопления полезных мутаций.

Прозвучала и другая версия: с переходом к сельскому хозяйству около 10 000 лет назад люди стали употреблять больше злаков, меньше рыбы и дичи, и усилился дефицит витамина D. Кроме того, население росло, и люди стали жить более скученно, что чревато эпидемиями. Поскольку, как полагали некоторые медики, витамин D может играть важную роль в сопротивлении инфекциям, из-за эпидемий спрос на этот витамин резко возрос. Кстати, вот вам объяснение, почему не посветлели тасманийцы, хотя Тасмания находится достаточно далеко от экватора. Близость к океану позволяла аборигенам этого острова пользоваться дарами моря, а низкая плотность населения защищала от эпидемий. В этом, по мысли авторов гипотезы, может крыться и причина цветового однообразия коренных жителей Америки. Сельское хозяйство распространилось у них достаточно поздно, а специфических человеческих инфекций в Новом Свете было мало, пока туда не пожаловали гости из Европы.

Когда мы добавим сюда данные палеогенетики, картина станет еще веселее.


Поведение гена MATP в Европе резко отличается от истории с MC1R. Помните, что последний одинаков в Африке, но крайне разнообразен за ее пределами, особенно у европейцев. У MATP тоже не слишком много африканских вариантов, где, как и у MC1R, его мутации, скорее всего, «убивались» жестким солнечным излучением. Зато ген варьирует в Азии, но его вариации почти исчезли в Европе! Все вытеснил пресловутый L374F. Так может быть, этот ген, а не MC1R, стал главным «зачинщиком» посветления европейцев?

Судя по всему, ген MATP (он же SLC45A2) влиял на пигментацию даже сильнее, чем наш предыдущий знакомый — SLC24A5.

Чтобы не путать эти страшные аббревиатуры, давайте далее SLC24A5 будем называть «геном рыбы-зебры», а SLC45A2 — «геном японской рыбки». Да простят меня генетики! Это ненаучно, но у нас ведь популярная книжка.


Во всяком случае, к такому выводу пришли японцы, когда сравнивали частоту европейских аллелей этих двух генов. Оба достигли частоты почти 100 % в Европе, и исчезающе редки на востоке Азии. Однако существуют азиатские популяции, антропологически и генетически близкие европейским, например часть коренного населения Шри-Ланки. Логично, что частота «европейских генов» должна у таких людей быть промежуточной. И действительно, западный вариант «гена рыбы-зебры» встречается в Шри-Ланке с частотой до 50 %, а также распространен у уйгуров — тюркского народа, живущего на северо-западе Китая, у которого имеется значительная европейская примесь.

Однако L374F, европейский вариант «гена японской рыбки», верен своим корням, и так же редок в Шри-Ланке, как на юге Китая или в Африке. И только у уйгуров частота L374F выросла до 20 %. Исследователи отметили, что «ген японской рыбки» настолько хорошо отделяет европейцев от других, что может служить маркером европейского происхождения в криминалистике. Если на месте преступления остались кровь или волос злоумышленника, нужно выделить ДНК из этого образца и посмотреть, какая аминокислота стоит на 374-й позиции белка MATP — лейцин или фенилаланин. Если второй вариант — значит, родители подозреваемого почти наверняка европейцы. В крайнем случае, уйгуры…



Частоты вариантов SLC24A5 и SLC45A2. EU — европейцы, XH — коса (Южная Африка), GH — Гана (Западная Африка), CH — китайцы, UY — уйгуры, SH — сингалы (Шри-Ланка), TA — тамилы (Шри-Ланка). Предковые варианты (111A для SLC24A5 и 374L для SLC45A2) обозначены светлым, производные аллели (111T для SLC24A5 и 374F для SLC45A2) — темным


Почему так? А потому, заключили японские исследователи, что «ген японской рыбки» играет в нашей пигментации наиболее важную роль. Попав на юг Азии в результате миграций или смешения, европейский вариант был быстро выкошен отбором — со светлой кожей на широте Шри-Ланки делать нечего.

Второй вывод, мне кажется, уже просто банален: оба наших «рыбьих гена» ответственны за посветление европейцев. Но китайцы, японцы и другие монголоиды светлели как-то иначе.

Вскоре последовали открытия генетических вариантов, руливших эволюцией на Востоке, в частности за светлую кожу у монголоидов отвечали специфические мутации в уже упоминавшемся гене OCA2.

Благодаря открытиям генетиков эволюция цвета кожи стала чуть ли не самым изученным примером параллельной эволюции у человека. Иначе говоря, такой эволюции, при которой у разных групп организмов сходные признаки возникают независимо и даже на разной генетической основе под действием близких условий среды. Древние мигранты из Африки, разошедшиеся на запад и восток, одинаково страдали от недостатка ультрафиолета — в итоге мы видим два случая посветления людей. Но два ли? Быть может, этим же путем гораздо раньше прошли другие колонизаторы Евразии? Не забегаем вперед. У ученых возникали и другие вопросы.

Темнокожие аборигены Австралии, папуасы, обитатели юго-востока Азии — может быть, они потемнели вторично? Ведь их предки обязаны были пройти через Евразию. Можно представить, что они посветлели, а потом, мигрировав на юг, снова стали черными.

Койсаны — бушмены и готтентоты на юге Африки обладают относительно светлой кожей. Этих своеобразных людей, хоть и не совсем корректно, иногда называют «самым древним народом планеты». Так их цвет кожи — исходный для человека?

А коренное население Америки? Как эволюционировал их цвет?

Как давно длится процесс депигментации людей, покинувших Африку? Начался ли он у некой протоевразийской популяции или уже после того, как разные группы разбрелись по континенту? Вроде бы выше были свидетельства в пользу второй версии, но ведь генов пигментации много, и пути их эволюции могут не совпадать.

Наконец, где и у кого возникли соответствующие мутации? Варианты: уже после «переезда» в Евразию, или еще в Африке, или вообще у неандертальцев, которые поделились этим сокровищем с нашими предками.

 

Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.