У шимпанзе, как и у людей, число мутаций у потомства зависит от возраста отца

 

Сравнение темпов мутагенеза человека и шимпанзе необходимо для надежной калибровки «молекулярных часов», используемых для датировки ключевых эволюционных событий (таких, например, как разделение предков человека и шимпанзе). Проведенный в 2014 году анализ геномов девяти шимпанзе, представляющих три поколения одной семьи, показал, что средний темп мутирования у ближайших родичей человека примерно такой же, как у нас: около 70 новых мутаций на каждого детеныша. Как и у людей, количество новых мутаций у потомства сильно зависит от возраста отца в момент зачатия: каждый дополнительный год, прожитый отцом, прибавляет его потомкам в среднем по три мутации. У человека, как мы помним, эта величина существенно меньше (1,47; см. Исследование № 37). Различие, скорее всего, связано с более интенсивным производством сперматозоидов у шимпанзе: самки у них спариваются со многими самцами подряд, что означает интенсивные спермовые войны. Получается, что при калибровке молекулярных часов нужно учитывать не только средний возраст отцовства и материнства, но еще и характер семейных отношений и направленность полового отбора.

 

 

Прямая оценка скорости мутагенеза у современных людей, основанная на сравнении геномов родителей и их потомков, показала, что каждый новорожденный имеет в среднем 70 новых мутаций, которых не было у родителей, причем из этих мутаций около 80 % приходит от отца (с геномом сперматозоида) и только 20 % – от матери. Выяснилось также, что число новых мутаций у ребенка слабо зависит от возраста матери, но быстро растет с возрастом отца. Каждый дополнительный год жизни отца прибавляет его потенциальному потомку примерно полторы новых мутации (см. Исследование № 37).

Причины этих закономерностей более или менее понятны. У женщин от зачатия до формирования зрелой яйцеклетки проходит всего 24 клеточных деления и, соответственно, 23 акта репликации хромосом (перед вторым делением мейоза хромосомы не удваиваются). Репликация хромосом женской зародышевой линии заканчивается еще во время внутриутробного развития, а в течение жизни женщины хромосомы ее половых клеток больше не удваиваются. Следовательно, и число мутаций в них растет очень медленно, ведь бóльшая часть мутаций в клетках зародышевой линии – это ошибки репликации.

У мужчин ситуация иная. Клетки‑предшественники сперматозоидов делятся в течение всей взрослой жизни, претерпевая по одному делению каждые 16 дней (23 деления в год) начиная с достижения половой зрелости. Считается, что сперматозоиды 15‑летнего юноши прошли примерно 35 клеточных делений, 20‑летнего мужчины – 150, 30‑летнего – 380, 40‑летнего – 610, 50‑летнего – 840. Каждый акт репликации сопряжен с риском возникновения дополнительных мутаций, поэтому чем старше мужчина, тем больше мутаций в его сперматозоидах.

Проведенные количественные оценки мутагенеза у человека становятся еще информативнее, если сравнить их с соответствующими показателями наших ближайших родичей – шимпанзе. Такая возможность представилась благодаря работе генетиков из Великобритании и Нидерландов: удалось отсеквенировать полные геномы девяти шимпанзе из трех поколений одной семьи (Venn et al., 2014). Несмотря на маленькую выборку (все же общество куда охотнее выделяет деньги на секвенирование человеческих геномов, чем обезьяньих), полученные данные весьма любопытны.

Ученые подсчитали новые мутации у шести особей шимпанзе, для которых были известны родительские геномы. В общей сложности у них нашли 204 новые мутации в аутосомах и три – в X ‑хромосоме. Причем значительную долю (24 %) составляли замены Ц на T в динуклеотидах ЦГ. У человека такие замены составляют 17 % вновь возникающих мутаций.

Для большинства мутаций по набору полиморфизмов в ее окрестностях удалось определить, получена ли она от отца или от матери. Оказалось, что у шимпанзе, как и у людей, отцы передают своим детям гены, гораздо сильнее подпорченные мутациями. «Отцовских» мутаций обнаружилось в 5,5 раз больше, чем «материнских» (у человека – в 4 раза).

Между числом новых мутаций и возрастом матери связи не обнаружилось (у людей, как мы помним, эта связь тоже не прослеживалась, пока выборки были маленькими; см. Исследование № 37). Мать‑шимпанзе в любом возрасте передает детенышу в среднем 6,7 новых мутации. А вот с возрастом отца число новых мутаций у шимпанзе растет на удивление быстро. Эта зависимость даже в такой маленькой выборке оказалась статистически достоверной. Если у людей каждый год жизни отца – с полового созревания – прибавляет потомку в среднем 1,47 новых мутации, то у шимпанзе – целых 3,02. То есть вдвое больше! Это различие, скорее всего, связано со структурой брачных отношений. В сообществах шимпанзе у самок не заведено хранить верность одному самцу. Самки, находящиеся в фертильной фазе эстрального цикла, нередко спариваются со многими самцами подряд. Это приводит к спермовым войнам (см. Исследования № 12–15) и отбору на более интенсивный сперматогенез (рис. 38.1).

Если это предположение верно, следует ожидать, что у горилл (с их гаремной системой, женской верностью, отсутствием спермовых войн, маленькими семенниками и генетическими особенностями, указывающими на крайне низкий уровень конкуренции на уровне спермы) темп увеличения числа мутаций в сперматозоидах с возрастом самца должен быть ниже, чем у шимпанзе. И может быть, даже ниже, чем у людей. Когда это выяснится, мы сможем точнее оценить степень половой раскрепощенности наших далеких прародительниц. Впрочем, уже сейчас можно утверждать, что они были намного менее склонны к промискуитету, чем самки шимпанзе и бонобо, хотя степень их супружеской верности и не достигала заоблачного уровня, характерного для горилл и строго моногамных гиббонов.

Чтобы оценить средний темп мутагенеза у шимпанзе, исследователям пришлось учесть важное отличие изученной группы особей, живущей в неволе, от диких сородичей. В неволе шимпанзе обычно начинают размножаться в более раннем возрасте, чем в природе. Это связано с иерархическими, конкурентными отношениями в естественных сообществах шимпанзе, где подростки редко допускаются до участия в размножении. Так или иначе, в исследованном семействе шимпанзе средний возраст отцовства (то есть средний возраст самцов в момент рождения детенышей) составил 18,9 года, а материнства – 15,0. Для диких популяций шимпанзе, по имеющимся оценкам, эти числа значительно выше: 24,3 года для самцов и 26,3 для самок. У современных людей средний возраст отцовства еще выше: около 31,5 года.

 

рис. 38.1. У ближайших родственников человека – шимпанзе и бонобо (на рисунке) – самки часто спариваются с несколькими самцами подряд. Это приводит к конкуренции между самцами на уровне спермы (спермовым войнам), что, в свою очередь, способствует отбору на увеличение семенников и интенсификацию сперматогенеза. Возможно, именно поэтому число мутаций в сперматозоидах у шимпанзе растет с возрастом самца вдвое быстрее, чем у людей.

 

Таким образом, у диких шимпанзе самцы в момент зачатия детенышей в среднем старше, чем в исследованной популяции, а значит, мутаций у их потомства должно быть больше. С учетом этой и ряда других поправок исследователи рассчитали, что среднее число новых аутосомных мутаций у диких шимпанзе должно быть около 69 на детеныша, а темп мутагенеза – 1,2 × 10 ^–8 мутаций на нуклеотид за поколение. Эти показатели очень близки к тем, что были получены для современных человеческих популяций. Однако совпадение, можно сказать, случайно: различные факторы, ведущие к увеличению или уменьшению темпов мутагенеза у человека по сравнению с шимпанзе, взаимно компенсировались. Например, у людей мутации в сперматозоидах накапливаются медленнее, но зато и средний возраст отцовства выше.

Если полученные оценки верны (напомним, что они основаны на очень маленькой выборке и могут быть существенно уточнены в будущем) и если темп мутагенеза не подвергался существенным колебаниям со времен расхождения предков шимпанзе и людей, то при помощи метода молекулярных часов можно в очередной раз попытаться оценить время жизни последнего общего предка человека и шимпанзе. Ученые проделали это и получили результат: 13 миллионов лет назад. К похожим оценкам недавно пришел и знаменитый палеогенетик Сванте Пэабо с коллегами (Langergraber et al., 2012). Правда, тут есть много тонкостей, одна из которых состоит в том, что время дивергенции геномов, определяемое по молекулярным часам, в силу ряда объективных причин может находиться глубже в прошлом, чем время реального видообразования, разделения популяций (Scally, Durbin, 2012).

Но все же самый значимый результат исследования – это указание на возможную зависимость скорости молекулярной эволюции от структуры социума и брачных отношений. Влияние может быть двояким. Во‑первых, число мутаций у потомства зависит от возраста, в котором самцы начинают участвовать в размножении и который, в свою очередь, определяется не только физиологией, но и общественным устройством и культурными традициями. Во‑вторых, спермовые войны, характерные для промискуитетных сообществ, способствуют отбору на интенсификацию сперматогенеза, что приводит к ускоренному росту числа мутаций в сперматозоидах с возрастом самца. Для предков человека спермовые войны были не очень характерны, поэтому число новых мутаций у потомства растет с возрастом отца не так быстро. Что же касается среднего возраста отцовства у австралопитеков и палеолитических людей, то о нем мы можем пока лишь гадать.

 

Исследование № 39

Уровень образования зависит от генов

 

Для понимания того, куда идет эволюция человека в наши дни (и идет ли она вообще куда‑то), важно иметь в виду, что практически все наши поведенческие и психологические особенности сильно зависят от генов, а значит, могут эволюционировать под действием отбора здесь и сейчас. Как ни удивительно, сказанное справедливо не только для особенностей темперамента и для предрасположенности к психическим заболеваниям, но и для таких «высокоуровневых» признаков, как число лет, потраченных человеком на учебу. Анализ ДНК сотен тысяч людей европейского происхождения, проведенный в 2016 году, позволил выявить 74 участка генома, вариации в которых достоверно коррелируют с уровнем полученного человеком образования. Значительная часть идентифицированных генов работает в мозге, в том числе во время внутриутробного развития, а мутации многих из них влияют на когнитивные способности. Называть их «генами образования», возможно, не вполне корректно, поскольку их связь с уровнем образования слабая и непрямая – однако она реально существует. Исследование подтвердило, что применение современных методов сравнительной геномики к очень большим выборкам людей позволяет выявить генетический базис даже таких признаков, которые обычно считаются не врожденными.

 

 

На первый взгляд может показаться, что уровень образования (традиционно измеряемый числом лет, потраченных человеком на учебу) – типичный пример ненаследственного признака. На него, казалось бы, должны влиять только «факторы среды» в широком смысле: материальная обеспеченность семьи, развитость системы образования в стране, доступность образования для разных социальных групп и т. д. Но это впечатление обманчиво. Если немного подумать, становится ясно, что на уровень образования вполне могут влиять также и признаки, сильно зависящие от генов, – такие, например, как когнитивные способности, целеустремленность или открытость новому опыту.

Еще в 1980‑е годы анализ больших выборок близнецов и их родителей показал, что уровень образования имеет высокую наследуемость (напомним, что наследуемость, которую не следует путать с наследственностью, – это доля изменчивости признака, объясняемая генами, а не средой; подробнее о наследуемости психологических и поведенческих признаков рассказано в нашей книге «Эволюция человека»). Изменчивость по уровню образования как минимум на 20 % определяется генетическими различиями между людьми, а для некоторых выборок были получены значения наследуемости порядка 70 % (в среднем по всем выборкам – примерно 30–40 %; см. рис. 39.1).

Заметим, к слову, что высокие показатели наследуемости таких признаков, как уровень образования или IQ, чаще наблюдаются в выборках людей с высоким социально‑экономическим статусом. У людей с низким статусом наследуемость подобных признаков нередко оказывается ниже (Turkheimer et al., 2003; Hart et al. 2013). Этот пример «взаимодействия генов и среды», скорее всего, связан с тем, что высокий социально‑экономический статус позволяет минимизировать роль случайных факторов в жизни человека. Та фенотипическая изменчивость, которая остается в выборке после устранения роли случайности, при ближайшем рассмотрении оказывается связана в основном с генетическими различиями между людьми. Мы уже использовали подобную логику выше, когда пытались объяснить, почему у видов, заботящихся о потомстве, отбор, возможно, работает эффективнее, чем у видов, бросающих многочисленное потомство на произвол судьбы (см. Исследование № 19). Как забота о потомстве, так и высокий социально‑экономический статус сводит к минимуму элемент случайности в наблюдаемой изменчивости по тем или иным признакам (будь то выживаемость, репродуктивный успех или уровень образования), тем самым выставляя на первый план генетические различия между индивидами.

 

рис. 39.1. Средний уровень образования жителей США (измеряемый по числу лет, затраченных на обучение) в зависимости от года рождения. Видно, что данный показатель неуклонно рос все последнее столетие. Этот рост, очевидно, связан с социальными, культурными и экономическими изменениями, а вовсе не с генетикой. Тем не менее внутри каждой когорты (совокупности людей одного возраста) существует вариабельность по уровню образования, которая на 30–40 % определяется генами. По рисунку с сайта whitehouse.gov.

 

Но вернемся к образованию. Приведенные значения наследуемости (от 20 до 70 %) отражают общий масштаб генетического вклада в изменчивость по признаку «уровень образования». Гораздо труднее найти конкретные гены, влияющие на этот признак. Дело в том, что число лет обучения – признак «высокоуровневый» в том смысле, что гены влияют на него лишь опосредованно, через множество промежуточных этапов (в отличие, например, от способности воспринимать определенный запах или отличать зеленый цвет от красного – здесь путь от гена к признаку простой и короткий).

На подобные высокоуровневые поведенческие и психологические признаки могут влиять одновременно сотни, если не тысячи разных генов (полиморфных локусов), причем вклад каждого отдельного гена может быть исчезающе мал. В таком случае близнецовый анализ и сравнение родителей с детьми покажут высокую наследуемость признака, но все попытки обнаружить связь между признаком и конкретными аллелями окажутся безуспешными. То есть мы будем знать, что признак сильно зависит от генов, но не сумеем выяснить, от каких именно.

Чтобы преодолеть это затруднение, необходим анализ громадных выборок из десятков и сотен тысяч людей. Чем больше выборка, тем более слабые генетические влияния могут быть с ее помощью обнаружены. Такие исследования стали возможны лишь в последние годы – благодаря прочтению генома человека, развитию и удешевлению молекулярных технологий, а также накоплению генотипических и фенотипических данных по разным человеческим популяциям, собранных по стандартизированным методикам.

В 2013 году были опубликованы результаты первой успешной попытки найти в человеческом геноме конкретные гены, связанные с уровнем образования. Выборка из 126 559 индивидов позволила выявить три гена, каждый из которых достоверно, хотя и очень слабо, ассоциирован с продолжительностью обучения. Объем усилий, понадобившихся для получения этого результата, можно примерно оценить по числу авторов статьи – их около двухсот человек (Rietveld et al., 2013).

В 2016 году в журнале Nature вышла новая статья, в которой еще более внушительный коллектив ученых со всего мира (один только список институтов и университетов, чьи сотрудники приняли участие в исследовании, насчитывает 186 пунктов) сообщил о результатах изучения выборки из 293 723 человек европейского происхождения (Okbay et al., 2016). Фактически был проведен метаанализ, то есть обобщены данные, полученные по единой методике множеством научных коллективов в разных странах. Средняя продолжительность обучения вошедших в выборку людей составляет 14,3 года.

У всех людей, данные по которым были использованы, уровень образования регистрировался в возрасте не менее 30 лет, а генотипирование проводилось по 9,3 млн однонуклеотидных полиморфизмов («снипов»), в совокупности отражающих значительную часть всей генетической вариабельности человечества. Поскольку подавляющее большинство из 3 млрд нуклеотидов в человеческом геноме консервативны, то есть одинаковы у всех (или почти всех) людей, нет необходимости анализировать каждый нуклеотид – достаточно ограничиться только самыми вариабельными.

Исследование представляло собой так называемый полногеномный поиск ассоциаций (GWAS, Genome‑Wide Association Study). У этой методики много тонкостей и подводных камней. Одна из главных проблем связана с популяционной стратификацией. Это значит, что исследуемая популяция, возможно, подразделена на части (субпопуляции), различающиеся по частотам встречаемости каких‑то генов и признаков. Из‑за этого возникает опасность обнаружить ложные ассоциации. Иными словами, мы можем подумать, что данный аллель тесно связан с данным признаком, хотя на самом деле просто случайно так совпало, что в одной из субпопуляций и данный аллель, и данный признак встречаются с повышенной частотой. Это называют «проблемой гена китайских палочек». Название происходит от следующей притчи. Якобы один генетик решил выяснить, какие гены влияют на склонность есть палочками. Он попросил своих студентов (среди которых были индивиды европейского и азиатского происхождения) сообщить ему, как часто они пользуются палочками во время еды. Затем он генотипировал ответивших и провел поиск ассоциаций. Обнаружился локус, строго коррелирующий с использованием палочек. Генетик тут же опубликовал статью, в которой сообщил об открытии гена SUSHI (Successful Use of Selected Hand Instruments). Спустя пару лет выяснилось, что SUSHI на самом деле представляет собой один из генов комплекса гистосовместимости (они очень вариабельны и играют важную роль в работе иммунной системы) и один из аллелей этого гена намного чаще встречается у азиатов, чем у европейцев. Разумеется, этот ген не имеет ни малейшего отношения к использованию палочек. Однако, поскольку в азиатской культуре данное действие распространено шире, чем в европейской, GWAS выявил сильную и достоверную ассоциацию, не имеющую биологического смысла (Hamer, Sirota, 2000).

Чтобы справиться с проблемой «гена китайских палочек», разработаны две группы методов. Первая основана на анализе данных по отдельным семьям: сравнивают родителей и детей или родных братьев и сестер, чтобы проверить, сохраняется ли ассоциация внутри отдельно взятой семьи. «Гены китайских палочек» не выдерживают такой проверки. Вторая группа методов связана с анализом неравновесного сцепления генов: если интересующий нас аллель чаще, чем ожидается при независимом наследовании, встречается в комбинации с определенными аллелями других, произвольно выбранных генов, то есть основания заподозрить, что мы имеем дело с «геном китайских палочек».

Ученые использовали эти и целый ряд других методов, чтобы очистить полученные результаты от ложноположительных сигналов. В итоге удалось выявить 74 полиморфных локуса, каждый из которых с большой вероятностью действительно влияет, тем или иным образом, на продолжительность обучения. Три локуса, найденные в предыдущем исследовании, были повторно выявлены в новом.

Как и следовало ожидать, все эти гены влияют на уровень образования слабо. Эффект каждого по отдельности соответствует 3–9 неделям учебы и объясняет от 0,01 до 0,035 % изменчивости по признаку «продолжительность обучения». Причем суммарный эффект всех 74 генов меньше суммы их индивидуальных эффектов.

В распоряжении исследователей имелись сведения не только о продолжительности обучения протестированных индивидов, но и о других фенотипических признаках, в том числе связанных с работой мозга. Это позволило оценить генетические корреляции, то есть то, в какой мере гены, влияющие на уровень образования, влияют также и на другие признаки.

Получилось, что генетические варианты, способствующие долгой учебе, коррелируют также с хорошими умственными способностями, большим объемом мозга и почему‑то с повышенным риском биполярного расстройства. Обнаружены также крайне слабые, но все же достоверные положительные корреляции с риском шизофрении и ростом. Для этих же полиморфизмов выявлены и достоверные отрицательные корреляции: с невротизмом, риском болезни Альцгеймера, а также с массой тела.

Функциональный спектр этих 74 генов оказался весьма показательным. Среди них резко повышена доля генов, участвующих в развитии и работе мозга. Мутации в них часто ведут к умственной отсталости, уменьшению объема мозга, повышают риск болезни Альцгеймера и других нарушений когнитивных функций. Одни экспрессируются в развивающемся мозге у эмбрионов, регулируя деление клеток‑предшественников нейронов, миграцию молодых нейронов и рост неокортекса, другие играют роль в синаптической пластичности (в том числе – в образовании дендритных шипиков и новых синапсов) в течение всей жизни. Синаптическая пластичность, как известно, лежит в основе долговременной памяти, без которой невозможно чему‑то научиться.

Тесная связь «генов образования» с работой мозга представляется вполне логичной. Вряд ли кого‑то удивит, что индивиды с хорошо развитым мозгом, при прочих равных условиях, проявляют больше склонности к учебе. И это, кстати, говорит о том, что влияние данных генов на учебу не такое уж и косвенное. Ведь могло оказаться и так, что какой‑нибудь ген повышает уровень образования, поскольку влияет на свойства таза и позвоночника, помогающие спокойно сидеть за партой. Но нет: «гены образования» влияют на мозг, а не на то, на чем мы сидим.

Исследователи, впрочем, считают, что называть выявленные ими гены «генами образования» некорректно. Во‑первых, уровень образования определяется средовыми факторами в несколько большей степени, чем генетическими. Но это справедливо для большинства психологических и поведенческих признаков человека. Во‑вторых, влияние отдельных генов на рассматриваемый признак невелико. Это, правда, тоже общее место в генетике поведения. В‑третьих, аллельные варианты генов могут влиять на признак «продолжительность обучения» не непосредственно, а через ряд промежуточных фенотипов. Конечно, это тоже справедливо для большинства связей между генами и поведенческими признаками у приматов. Чтобы проиллюстрировать последнее соображение, исследователи рассчитали, что выявленная связь между генами и продолжительностью учебы на 23–42 % объясняется влиянием этих генов на умственные способности, а еще 7 % корреляции можно списать на влияние этих же генов на личностную характеристику «открытость новому опыту». Насколько приведенные аргументы нетривиальны и насколько из них действительно следует, что не надо называть эти гены «генами образования», судить читателю. На наш взгляд, это просто дань политкорректности.

Авторы также отмечают, что из их результатов вовсе не следует, будто влияние 74 генов на длительность учебы является некой раз и навсегда заданной, неизменной величиной. Напротив, имеющиеся данные позволяют утверждать, что степень влияния этих и других генов на признак «длительность учебы» зависит от средовых условий. Она различна для разных стран и меняется со временем в одной и той же стране. Тут нет ничего удивительного: наследуемость признаков – величина непостоянная. Она может и должна меняться в зависимости от социально‑экономических и других условий (мы подробно рассказали об этом в книге «Эволюция человека»).

Так или иначе, исследование показало, что если очень постараться и набрать побольше данных, то можно найти конкретные гены, влияющие на полигенный признак, даже в том случае, если вклад каждого отдельного гена ничтожно мал. Кроме того, работа в очередной раз продемонстрировала, что даже сложные поведенческие признаки, которые традиционно считаются ненаследственными (приобретенными), в действительности могут иметь значительную наследственную составляющую.

 

Исследование № 40

«Гены образования» отсеиваются отбором

 

Итак, мы знаем, что в современных человеческих популяциях уровень полученного образования сильно зависит от генов: выявлено 74 полиморфных гена, влияющих на этот признак. Причем, как выясняется, уровень образования отрицательно коррелирует с дарвиновской приспособленностью: образованные люди хуже размножаются. Это указывает на возможный отбор против «генов образования». Новое исследование, основанное на данных по 110 000 исландцев, показало, что «гены образования» действительно подвергаются отрицательному отбору. Эти аллели, многие из которых коррелируют также с высоким интеллектом, крепким здоровьем и долгой жизнью, снижают приспособленность (число оставляемых потомков) независимо от того, реализовал ли человек обусловленную ими склонность к получению хорошего образования. Исследование подтвердило опасения, что эволюция современного человечества направлена в сторону ухудшения генетического базиса признаков, связанных с интеллектом. Социально‑культурное развитие пока с лихвой компенсирует генетическую деградацию, но со временем ее последствия могут стать существенными.

 

 

Генетическая деградация человечества и ее возможные механизмы. Идею о том, что в современном цивилизованном обществе (в отличие от общества «варварского») эволюция направлена совсем не в ту сторону, в какую нам хотелось бы, впервые подробно изложил и обосновал величайший генетик‑эволюционист XX века Рональд Фишер в заключительных главах книги «Генетическая теория естественного отбора» (1930 г.).

Исследования в этой области продвигались медленно, в том числе по причинам, не имеющим отношения к науке. Тем не менее к настоящему времени накопилось немало данных, косвенно подтверждающих, что генетический базис признаков, связанных с физическим и умственным здоровьем, размывается и деградирует, особенно у жителей развитых стран. Генетики обсуждают два основных механизма такой деградации (Woodley of Menie, 2015).

Первый механизм – ослабление очищающего отбора против мутаций, нарушающих работу тех или иных органов и систем организма, в том числе иммунной системы и мозга. Раньше такие мутации снижали приспособленность (их носители оставляли в среднем меньше здорового потомства) и потому вычищались отбором. Однако развитие медицины, социального обеспечения и других благ цивилизации сделало эти мутации менее вредными в эволюционном смысле, а то и вовсе безвредными (нейтральными). Поэтому они стали свободно накапливаться в генофонде. Развитие и работа коры головного мозга зависят от слаженной работы огромного количества генов, что делает наши когнитивные способности особенно уязвимыми перед мутационной деградацией (Crabtree, 2013).

Второй механизм – отрицательный отбор по признакам, помогающим добиваться успеха в жизни. Раньше такие признаки повышали дарвиновскую приспособленность, а в современном обществе они ее скорее снижают – например, в силу того, что талантливые, образованные и экономически успешные люди стали откладывать рождение детей на потом. Так, есть данные, согласно которым в США и других богатых странах люди с высокими показателями интеллекта оставляют меньше потомства (Lynn, 1999). Есть также основания полагать, что в развитых странах после промышленной революции направленность отбора по признакам, связанным с социальным и экономическим успехом, стала меняться на противоположную. Скажем, если раньше умелый сапожник и сметливый торговец оставляли больше потомства, чем их криворукие и бестолковые конкуренты, то начиная примерно с середины XIX века все стало наоборот (Skirbekk, 2008). Возможные причины – развитие медицины и социального обеспечения (дети бедных и неудачливых родителей перестали массово погибать в младенчестве), а также средств планирования семьи (индивиды, ориентированные на жизненный успех, получили возможность откладывать рождение детей).

Впрочем, до сих пор в распоряжении ученых были в основном лишь косвенные свидетельства генетической деградации человечества. Не хватало прямых доказательств того, что гены, способствующие развитию ценимых нами психологических и когнитивных признаков, действительно подвержены отрицательному отбору и что этот отбор эффективен (то есть ведет к снижению частоты встречаемости соответствующих аллелей). И вот, благодаря развитию методов сравнительной геномики и созданию больших баз данных по медицинской генетике, такие доказательства наконец появились, с чем нас всех можно поздравить.

Комплексный показатель генетической предрасположенности к получению образования. Исландские генетики изучили связь между генами, влияющими на уровень образования, и дарвиновской приспособленностью на примере выборки, включающей значительную часть (примерно половину) всех исландцев, родившихся с 1910 по 1975 год (Kong et al., 2017).

Уровень полученного образования, измеряемый числом лет, потраченных на учебу, – удобный для изучения фенотипический признак, тесно связанный с когнитивными способностями и такими особенностями психики, которые мы обычно считаем достоинствами (целеустремленность, тяга к знаниям, способность планировать свою жизнь, открытость новому опыту). Установлено, что уровень образования в современных человеческих популяциях имеет высокую наследуемость. Различия между людьми по этому признаку в среднем на 30–40 % объясняются генами. Остальные 60–70 % – результат различающихся условий среды и онтогенетического шума (см. Исследование № 39).

В 2016 году на выборке из 20 000 американцев впервые удалось показать, что генетический базис образования подвергается отрицательному отбору (Beauchamp, 2016). Работа исландских генетиков, опубликованная в начале 2017 года, не только подтвердила этот вывод на более представительной выборке, но и продемонстрировала реальное снижение частоты встречаемости аллелей, способствующих получению образования, в течение XX века.

Обсуждаемая работа во многом основывается на исследовании, описанном выше (см. Исследование № 39), в котором анализировалась выборка, включающая 293 724 лица европейского происхождения. Анализ этой выборки позволил выявить 74 локуса (участка генома), достоверно влияющих на уровень образования. Исландские генетики использовали полученные ранее данные, чтобы вывести формулу для вычисления «комплексного показателя генетической предрасположенности к получению образования» – POLY_EDU (educational attainment polygenic score). Этот показатель с точностью, зависящей от размера изучаемой выборки, отражает совместный вклад множества генов (в идеале – всех в геноме) в предрасположенность данного человека к получению образования. Показатель POLY_EDUскладывается из индивидуальных весов, которые были рассчитаны для каждого из 620 000 генетических маркеров (полиморфных локусов) в зависимости от того, как аллельные варианты этих локусов соотносятся с уровнем образования. Если наличие аллеля ассоциировано с немного повышенным уровнем образования, то такому аллелю придается небольшой положительный вес, и т. д. Ученые перепробовали несколько способов вычисления POLY_EDU и убедились, что методические тонкости мало влияют на итоговые результаты.

Чтобы избежать лишних трудностей с интерпретацией результатов, при выведении формулы для POLY_EDU из исходной выборки в 293 724 индивида были исключены все исландцы, которые туда входили (49 970), а вместо них добавлены 111 349 человек из британской базы данных UK Biobank. Увеличение выборки привело к тому, что индивидуальных локусов, достоверно коррелирующих с уровнем образования, стало уже не 74, а 120.

POLY_EDU, вычисляемый по полученной формуле, позволяет объяснить 3,74 % изменчивости по уровню образования. Иными словами, этот показатель характеризует примерно одну десятую часть всего генетического базиса данного признака (поскольку весь генетический базис объясняет 30–40 % изменчивости). Если же формулу для POLY_EDU вывести на основе меньшей выборки – без учета данных из UK Biobank, – то получившийся показатель будет объяснять лишь 2,52 % изменчивости. По‑видимому, для того чтобы рассчитать вес каждого аллеля еще точнее – так, чтобы итоговый показатель объяснял бóльшую долю генетически обусловленной вариабельности по уровню образования, – нужны данные не по сотням тысяч, а по миллионам людей. Показатель POLY_EDU нормировали таким образом, чтобы его среднее значение равнялось нулю, а стандартное отклонение – единице, и затем измеряли его в условных единицах.

«Гены образования» снижают приспособленность. По полученной формуле ученые вычислили POLY_EDU для 109 120 исландцев, родившихся c 1910 по 1975 год. Индивидуальные значения POLY_EDU были сопоставлены с тремя репродуктивными показателями:

1) Общее количество потомков, оставленных человеком за всю жизнь, не считая умерших в младенчестве. Этот показатель близок по смыслу к дарвиновской приспособленности. Здесь нужно пояснить, что в современных развитых обществах смертность и в детском, и в репродуктивном возрасте настолько низка, а системы социального обеспечения настолько хорошо развиты, что приспособленность зависит лишь от количества детей, но не от их «качества». Практически все дети доживают до зрелости и получают возможность поучаствовать в размножении – независимо от того, крепкое ли у них здоровье и хорошо ли о них заботились родители.

2) Возраст родителя в момент рождения первого ребенка.

3) Средний возраст родителя при рождении потомства.

Результаты анализа приведены в таблице:

 

 

Таблица показывает корреляцию между POLY_EDU и тремя репродуктивными показателями. Числа в столбце «Эффект» означают, что увеличение POLY_EDU на единицу сопровождается изменением данного признака на указанную величину. Возраст измеряется в годах, n – число людей в выборке, p – мера достоверности обнаруженной взаимосвязи (проще говоря, это вероятность того, что эффект такой силы обнаружился бы в выборке чисто случайно, если бы никакой связи на самом деле не было). Из таблицы следует, что у женщин увеличение POLY_EDU на единицу соответствует уменьшению количества детей на 0,084 и увеличению возраста рождения первого ребенка на 0,59 года, а среднего возраста деторождения – на 0,46. Соответствующие значения для мужчин: 0,054, 0,44 и 0,37.

Возможно, результаты покажутся более наглядными, если мы посмотрим на различия между людьми с самой слабой и самой сильной врожденной склонностью к получению образования. Исследование показало, что 2 % женщин с самым низким POLY_EDU начинают рожать почти на 3 года раньше и в итоге оставляют на 0,5 ребенка больше, чем 2 % женщин с самым высоким POLY_EDU.

Итак, гены, способствующие образованию, достоверно снижают репродуктивный у