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…^{30}

 

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^{31}

 

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 ^{32}.

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.

 

 

Приключения колюшки

 

Я хочу познакомить вас с еще одним геном, который можно было бы по аналогии с предыдущими двумя окрестить «геном колюшки»… Но боюсь, генетики меня точно поколотят, тем более название гена запоминающееся, хотя труднопроизносимое, – KITLG. Как мебель из ИКЕА. «Лиганд рецептора тирозинкиназы[64] KIT». Также его называют геном стволового клеточного фактора (англ. stem‑cell factor, SCF), или геном фактора роста клеток. Продукт этого гена влияет на развитие половых, нервных клеток, клеток крови, а также – что важно для нас – меланоцитов. Мутации в KITLG приводили к стальной расцветке у мышей, за что его еще окрестили «стальным фактором». В 1998 году американские генетики провели любопытный опыт: генетически модифицированным голым мышам пересадили кусочки светлой человеческой кожи – обрезки от пластических операций. Затем в эти участки кожи делали инъекции нормального человеческого SCF. Хотя визуально пигментация изменилась не сильно, анализ показал, что в сравнении с контрольными образцами число и размеры меланоцитов выросли, кроме того, пигментные клетки стали сильнее ветвиться^{33}.

Спустя девять лет ген KITLG привлек внимание специалистов, изучавших эволюцию трехиглой колюшки. Еще одна рыбка в нашей истории, которая крайне заинтересовала эволюционных биологов. Колюшка может жить и в морской, и в пресной воде, и в конце последнего ледникового периода – 10 000–11 000 лет назад эти рыбки широко расселились по планете, колонизировав множество озер в Северной Америке и Евразии^{34}. Получилась куча изолированных популяций, которым пришлось быстро приспосабливаться к новым условиям. Менялся их образ жизни, рацион, строение тела и, разумеется, расцветка. В озерах тихоокеанского побережья Америки возникло фактически два разных вида колюшки: один – придонный, а другой – добывавший пищу ближе к поверхности, который больше похож на морскую разновидность. Донный вид отличается белесыми жабрами и светлым брюшком, тогда как его поверхностный собрат гораздо темнее. Скрещивая разные формы рыбок и сравнивая их генотипы, исследователи пришли к выводу, что причина различий – вариации гена Kitlg [65], причем состав белка у светлых и темных рыбок совпадает, а мутации коснулись регуляторной части – у светлых колюшек экспрессия ослаблена, т. е. ген работает «вполсилы». Поскольку сходные изменения произошли у рыбок, обитающих как минимум в трех удаленных друг от друга озерах, получается, мы имеем дело с параллельной эволюцией, причем в данном случае причина – одни и те же аллели одного и того же гена. Эти варианты, по‑видимому, возникли еще у морского предка озерных колюшек, но только при изменении их образа жизни оказались выгодными и распространились у придонных форм^{35}.

Трудно не усмотреть здесь параллелей с эволюцией человека. Как и колюшки, люди быстро расселялись по планете, попадали в новую среду и… меняли цвет. Исследователи знали, что у людей ген KITLG влияет на рост меланоцитов, а также, что у африканцев и европейцев аминокислотная последовательность гена одинаковая, однако экспрессия в Африке выше. Видите? Как и у рыбок, различия относятся к регуляции работы гена.

Чуть раньше ген KITLG вместе с несколькими другими генами пигментации попал в генетический топ‑100 «Самый сильный естественный отбор у человека за последние 200 000 лет»^{36}. Причем на этот раз отбор вариантов гена имел глобальный характер, коснулся и Европы, и Азии.

Ученые применили к людям подход, раньше опробованный на рыбках: взяли популяцию смешанного происхождения – 370 афроамериканцев. Для каждого фиксировали цвет кожи, определяли происхождение по генетическим маркерам, а затем смотрели вариант снипа[66] rs642742, находящегося рядом с геном KITLG (предковый вариант снипа встречается в Западной Африке с частотой 92 %, а производный – у как минимум 86 % европейцев и азиатов). Самыми темными оказались гомозиготы – носители двух предковых вариантов, а самыми светлыми – двух производных, с разницей в шесть‑семь единиц меланинового индекса.

Удивительно: между человеком и колюшкой огромная дистанция, и тем не менее получается, у обоих видов недавняя эволюция происходила путем сходных генетических изменений!

Авторы исследования высказывают интересные идеи об адаптивной роли гена^{37}. Ведь KITLG влияет не только на развитие меланоцитов, но и на множество других процессов в организме, включая функционирование мозга. У мышей – носителей мутантного гена возникали проблемы при ориентации в пространстве, а придонные колюшки из озера Пакстон (Канада) по сравнению со своими поверхностными родичами обладали бóльшими способностями к пространственному обучению (родился каламбур: «Ты, рыбка, мыслишь слишком поверхностно»). Быть может, отбор определенного варианта Kitlg происходил вовсе не из‑за окраски, а благодаря повышенным способностям рыбок, необходимым для добывания корма в сложной среде? Правда, переносить эти идеи на людей нужно с большой осторожностью…

Прежде чем продолжить рассказ про наш «ген колюшки», хочу вернуться на несколько десятилетий назад и поведать вам про одну порядком забытую гипотезу. Зачем – скоро поймете.

 

 

Ультрафиолет или холод?

 

В 1975 году американские биологи Питер Пост, Фаррингтон Дэниэлс и Роберт Бинфорд опубликовали в журнале Human Biology статью, в которой привели интересную статистику по нескольким войнам. Оказывается, чернокожие солдаты, попав в холодный климат, гораздо чаще, чем их белые сослуживцы, отмораживали конечности. Так, во время Итальянской кампании 1944–1945 годов каждый третий случай обморожения в американской армии приходился на афроамериканцев. Во время Корейской войны чернокожие солдаты в 4–6 раз чаще попадали в госпиталь с обморожением, чем белые. Быть может, дело в культурных различиях? Вряд ли. В течение войны в Корее медик Л. М. Шуман собрал статистику более 700 случаев обморожения. Он скрупулезно зафиксировал все, включая время последней смены носков и стелек пострадавшего, а также – что особенно важно – данные по солдатам из того же блиндажа, бункера, танка. Так вот, даже когда представители разных рас находились в одинаковых условиях, африканцы особенно страдали от мороза. А после исцеления у многих негров в течение нескольких лет на пораженных морозом участках оставалась посветлевшая кожа.

Исследователи вспомнили и об экспериментах американца А. Сесила Тэйлора, который ставил опыты на черных крысах: охлаждал их кожу с помощью сухого льда. Меланоциты гибли, но волосы продолжали расти, хотя и обесцвеченные. Значит, пигментные клетки сильнее уязвимы для холода, чем волосяные фолликулы.

Авторы публикации поставили свой опыт: пегих морских свинок усыпляли, брили и обмораживали у них пигментированные и светлые участки кожи. На окрашенных частях кожа пострадала сильнее: эпидермис становился более тонким, появлялся отек, и повреждалось больше клеток. Исследователи пришли к выводу, что меланин делает кожу более уязвимой для холода^{38}. Кстати, не потому ли у северных популяций японских макак лица светлее, чем у их южных сородичей?

Стоит вспомнить, что многие животные, живущие на севере, светлые или становятся белыми зимой. Считается, что цель – маскировка на снегу, но, может быть, дело не только в этом? Возможно, и люди в Евразии посветлели от холода? Попав в суровые условия высоких широт, многие отмораживали себе конечности, а для охотника потеря подвижности и ловкости равносильна смерти. Выживали те, кто меньше мерз, – у кого в коже меньше меланина.

 

 

Про «холодовую» гипотезу благополучно забыли, но почему сейчас о ней вспомнил я? Ген KITLG выполняет много функций и, как выяснилось, еще и влияет на интенсивность «сжигания» бурого жира – так млекопитающие спасаются от переохлаждения^{39}. Когда мышь на ночь помещали в холод, уровень активности гена KITLG в бурой жировой ткани возрастал, при этом организм начинал выделять больше тепла. Вы подумали о том же, о чем и я? Что, если распространение определенных вариантов KITLG связано вовсе не с недостатком ультрафиолета, а с зимней стужей? Конечно, получается не совсем так, как в старой «холодовой» гипотезе. Кожа посветлела не потому, что меланин в мороз мешает. Меланин – отличная штука, просто тот вариант гена KITLG, который лучше сжигал жир в холод, оказался менее «меланинным». Иначе говоря, бледнокожесть – всего лишь побочный эффект морозостойкости. Ну или отбор работал сразу по обоим направлениям: и нехватка ультрафиолета, и низкие температуры помогли распространиться светлокожему аллелю KITLG.

Совсем недавно, в 2018 году, группа китайских исследователей взялась за проверку этой гипотезы. Ученые анализировали распределение вариантов гена KITLG, связанных с цветом кожи, в 19 популяциях Китая, Камбоджи и Таиланда. Как и Нина Яблонски, они искали корреляцию с уровнем ультрафиолета, но помимо этого, с другими факторами среды.

Все‑таки нужно пояснить, что с чем сравнивали. Допустим, нас интересует некоторый снип в гене KITLG. Его предковый вариант (совпадающий с вариантом шимпанзе) – «T» (тимин), а производный – результат относительно недавней мутации, «А» (аденин). Мы можем посмотреть, как на определенной территории распределились эти два варианта, у каких популяций чаще встречается T, у каких А. И, если действовать в духе авторов исследования, поискать закономерность: может быть, производный вариант чаще встречается там, где ниже уровень ультрафиолета? Или там, где больше осадков? (В нашем случае производные варианты ассоциировались с более светлой кожей.)

Китайские ученые провели такой анализ для четырех снипов вблизи гена KITLG и обнаружили связь не только с УФ, но и с зимней температурой (за январь, усредненной за 22 года): производные аллели чаще встречались в местах, где зимой холоднее. Вы можете возразить: там, где холоднее, там и солнца меньше. Это верно, если мы берем, допустим, всю Евразию. Но в исследовании использовали азиатские популяции, занимающие узкий диапазон широт. На этой территории ученым не удалось найти зависимости между уровнем ультрафиолета и зимней температурой. И тем не менее для одного из снипов – rs4073022 – ассоциация с январским морозом оказалась даже сильнее, чем с УФ.

Любопытно, что, когда исследователи протестировали работу разных вариантов KITLG на культуре клеток, ген с производным вариантом именно этого снипа (rs4073022) был особенно активен при низкой температуре. Неужели вот она, мутация, которая сделала людей более устойчивыми к холоду?

По оценкам ученых, распространение этой мутации на востоке Азии началось 30 000 лет назад, а в Европе – 58 000 лет назад. Это древнее производных вариантов прочих генов пигментации и даже других снипов того же KITLG. Исследователи предположили, что разные аллели гена «отбирались» в разное время и по разным причинам, причем производный вариант rs4073022, с которым мы познакомились, стал распространяться еще в общей протоевразийской популяции, а фактором отбора в данном случае был не ультрафиолет, а холод ^{40}.

Последнее утверждение ждет более тщательной проверки, и к датировкам я бы относился осторожно, поскольку их регулярно двигают. Однако картина согласуется с предыдущими исследованиями: эволюция светлой кожи в Евразии началась с гена KITLG ^{41}.

В виде промежуточного резюме: по‑видимому, первые шаги к посветлению наша кожа сделала у общих предков европейцев и азиатов вскоре после выхода из Африки. А когда пути восточных и западных ветвей человечества разошлись, эволюция светлокожести продолжилась в каждой группе.

Позже, в главе про цвет волос, мы еще встретимся с геном KITLG и узнаем, почему в прессе его успели обозвать «геном натуральных блондинок».