В будущем многие люди, вероятно, будут выглядеть как Даниэла Шумейк, 21-летняя студентка из Форт-Уэрта, штат Техас. У нее темные вьющиеся волосы, карие глаза и кожа оливкового оттенка, что дает многим людям повод ошибочно приписывать ей средиземноморское происхождение. На самом деле, родословная Шумейк значительно сложнее. Ее отец — наполовину чероки, наполовину белый, а мать родилась на Ямайке у индийской матери и отца с африканскими и шотландскими корнями.
«Моя сестра и я — просто соединение всего этого», — говорит она, добавляя, что ей не по душе необходимость причислять себя к какой-то определенной расе. Она предпочитает термин «смешанное происхождение».
Различия внешних черт, существующие между человеческими популяциями, медленно накапливались в течение десятков тысяч лет. По мере того как люди распространялись по земному шару и адаптировались к местным условиям, естественный отбор и культурные инновации вместе привели к возникновению физических различий. Но эти группы не оставались обособленными. Контакт между группами, будь то торговля или военные конфликты, способствовал обмену генами и идеями. Последние выводы из секвенирования сотен тысяч человеческих геномов, которое проводится учеными на протяжении последнего десятилетия, показали, что история нашего вида была отмечена многочисленными эпизодами миграции и генетического обмена. В смешении человеческих групп нет ничего нового.
Новой можно назвать скорость, с которой этот процесс осуществляется сегодня. Глобализация означает, что наш вид в настоящее время отличается невиданной ранее мобильностью. Международная миграция достигла рекордно высокого уровня, как и число межрасовых браков, в результате появляется все больше людей мультирасового происхождения, подобных Шумейк. Хотя генетические различия между человеческими популяциями не являются точным отражением расовых признаков, тем не менее раса дает представление о сегодняшних масштабах гибридизации. Такая перетасовка человеческих популяций влияет на саму структуру человеческого генофонда.
Археологические данные свидетельствуют о том, что Homo sapiens появился около 200 тысяч лет назад в Восточной Африке. Примерно 50 тысяч лет назад (но, возможно, и раньше) люди начали расселяться за пределы Африки, через Аравийский полуостров попадая в Евразию. Возможно, их перемещение было обусловлено меняющимся климатом, вынуждавшим их искать новые источники питания. Они проделали путь через затопленные сегодня перешейки, чтобы добраться до Австралии и Америки, и в конце концов населили даже самые отдаленные острова Тихого океана.
Доказательства этих древних миграций можно обнаружить путем изучения ДНК живых людей, а также ДНК восстановленных из древних скелетов. В некоторых случаях исследования генома оказываются подтверждением археологических и исторических данных о человеческих перемещениях. Монгольская империя, арабская работорговля, распространение бантуязычных народов на большей части Африки и последствия европейского колониализма — все это оставило в наших геномах предсказуемый след. В других случаях генетические данные преподносят настоящие сюрпризы и могут помочь разрешить давние споры археологов и историков. Например, до недавнего времени считалось, что Америка была заселена одной волной кочевников, которые пересекли Берингов пролив по сухопутному перешейку. Но недавние исследования генома, в которых использованы образцы целого ряда групп коренного населения, свидетельствуют, что Америка, вероятно, была колонизирована по меньшей мере четырьмя независимыми волнами поселенцев.
Мы — беспокойный вид, и наши геномы показывают, что даже самым пугающим географическим барьерам удалось лишь незначительно ограничить человеческие перемещения. Сегодня международная миграция растет со скоростью 1—2% в год, в 2015 году 244 миллиона человек проживали не в той стране, в которой они родились. Биологические последствия этого массивного эксперимента по скрещиванию, свидетелями которого мы сегодня являемся, будут неизвестны еще на протяжении нескольких поколений. Однако наши знания о генетике и эволюции могут помочь нам предсказать будущее, в том числе то, будут ли люди в состоянии как и прежде адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям на Земле.
Биологическая адаптация является результатом естественного отбора, а естественный отбор требует разнообразия. Представьте себе естественный отбор как решето, отделяющее одно поколение от другого. Воспроизводиться будут гены только тех людей, которые хорошо приспособлены к окружающей среде, и через сито они попадут к следующему поколению. Изменение условий влияет на форму отверстий этого сита, а следовательно и на то, какие гены могут через него пройти. Чем больше различий имеется у популяции, тем больше шансов, что некоторые гены, присутствующие в данном поколении, смогут проскочить через сито и передаться по наследству будущим поколениям. К нашему общему сожалению, люди особым разнообразием не отличаются.
Нам, Homo sapiens, свойственно гораздо меньшее генетическое разнообразие, чем многим видам шимпанзе, горилл и орангутанов — нашим ближайшим живущим на планете родственникам — несмотря на то, что каждый из этих видов представлен настолько малым числом особей, что они считаются либо находящимися под угрозой, либо на грани полного исчезновения. Наше небогатое разнообразие обусловлено тем, что мы лишь недавно стали такими многочисленными (в то время как обратное верно для наших кузенов приматов). Сейчас на планете проживает около 7,5 миллиарда людей, однако всего сто лет назад нас насчитывалось менее двух миллиардов. Резкий скачок в численности населения — явление недавнего прошлого, и рост этот продолжается: каждый год рождается около 130 миллионов детей. Каждый ребенок несет в генах в среднем 60 новых мутаций. Эти новые вариации генов обеспечивают потенциал для будущих эволюционных изменений.
По мере того как через мутации в наш генофонд вводятся новые генетические вариации, улучшается наша способность адаптироваться к изменяющимся условиям на Земле. Но весь человеческий генофонд состоит из множества небольших генофондов, каждый из которых соответствует определенной популяции. В результате перемещения людей по планете эти популяции смешиваются, позволяя генам перетекать из одного генофонда в другой с целым рядом важных последствий для нашей непрерывной эволюции.
Начнем с минусов. Как и все виды, люди адаптировались к местным условиям в ходе того, как наш вид расселялся по миру. Тем не менее быстрое перемещение людей между регионами и смешение людей с различными характеристиками означает, что сегодня многие скорее всего живут в условиях, к которым биологически они не слишком хорошо приспособлены.
Взять, например, естественную сопротивляемость инфекционным заболеваниям, которая развилась в тех местах, где такие заболевания были обычным явлением. Глобальная миграция подтачивает подобные географические объединения. Распространенность малярии, жертвами которой ежегодно по-прежнему оказывается около 400 тысяч человек и которая особенно губительна для детей, привела к появлению физиологической защиты от инфекции. Примеры включают серповидно-клеточную анемию и талассемию — болезни, которые сами по себе чреваты проблемами со здоровьем, но одновременно обеспечивают защиту от смертельной болезни и потому в ходе естественного отбора сохранились в тех регионах, где малярия была обычным явлением. Сегодня серповидно-клеточная анемия и талассемия существуют и в тех местах, где нет малярии — результат миграции, а также локального искоренения малярии.
Кроме того, многие люди живут в регионах с высокой интенсивностью солнечного света, для чего пигментация их кожи далеко не идеальна. Цвет кожи человека определяется количеством пигмента эумеланина, который действует как естественный солнцезащитный крем. Большое количество эумеланина является преимуществом для тех, кто постоянно подвержен воздействию прямых солнечных лучей, а поскольку наш вид возник в тропической Африке, первые люди, вероятно, были темнокожими. Более светлая кожа позднее появилась у популяций, которые мигрировали из тропиков в районы, где солнечный свет попадает на Землю под наклоном. В этих регионах не просто требуется меньше эумеланина. На самом деле, все намного сложнее, поскольку нашему организму нужен солнечный свет, чтобы, проникая в кожу, производить витамин D. При слишком большом количестве эумеланина темнокожие люди, живущие в высоких широтах, рискуют получить нарушения обмена веществ, например, рахит, который приводит к деформации скелета. В результате этого соотношения между слишком большим или слишком малым количеством проникающего в кожу солнечного света уровни эумеланина у различных человеческих популяций стали соответствовать регионам их обитания. Поскольку люди перемещаются по всему миру, несоответствия между содержанием эумеланина и местной интенсивностью солнечного света приводят к раку кожи и недостатку витамина D, которые в ряде регионов считаются эпидемическими заболеваниями.
В процессе смешения популяций более распространенными станут средние тона кожи. Выработка эумеланина определяется множеством генов, так что когда люди с разными оттенками кожи заводят детей, те наследуют комбинацию версий генов от каждого родителя, результатом чего становятся тона кожи, которые с большей вероятностью являются промежуточными между цветами кожи их родителей.
Подобного смешивания следует ожидать в случае сложных признаков, кодируемых множественными генами, таких как пигментация кожи или рост. Но некоторые характеристики, например, сухая ушная сера или густые волосы, находятся под контролем лишь одного гена. Для этих признаков, которые у человека либо есть, либо нет, и в основе которых лежат гены, унаследованные от родителей, смешение не представляется возможным. Между тем, смешение популяций может стать причиной появления таких комбинаций признаков, которые ранее были редки, например темная кожа и голубые глаза. Именно такое сочетание уже можно найти на островах Кабо-Верде, чье современное население происходит от португальцев и жителей Западной Африки.
Во многих уголках мира смешивание идет полным ходом. В чрезвычайно неоднородных городских центрах, таких как Сингапур, стремительно растет число межэтнических браков: если в 1990 году они составляли всего 7,6% от всех браков, то в 2015 году этот показатель достиг 21,5%. В Соединенных Штатах количество межрасовых браков за последние тридцать с лишним лет удвоилось. Не удивительно, что число многорасовых детей в США примерно за такой же промежуток времени выросло в 10 раз (10%, по данным на 2013 год) по сравнению с 1970 годом, когда они составляли только один процент от общего числа родившихся в стране. В Бразилии, где европейские, африканские и коренные народы смешивались друг с другом на протяжении многих веков, около 43% населения, по данным переписи 2010 года, идентифицируют себя как pardo, то есть принадлежащие к смешанной расе.
Явным преимуществом этого смешения является то, что полезные черты, присутствующие в одной популяции, могут проникнуть и в другую. Например, если где-нибудь в Юго-Восточной Азии появится мутация, которая обеспечивает защиту от вируса Зика, это не поможет тем, кому грозит нынешняя вспышка в Южной и Центральной Америке. Тем не менее если кто-то с мутацией переедет в Южную Америку и создаст там семью, мутация, возможно, спасет жизни, а следовательно, будет передана будущим поколениям.
Ярким примером может послужить одна из самых высокогорных областей на планете — Тибетское нагорье. Поскольку на больших высотах воздух более разряжен, для дыхания доступно меньше кислорода — в случае Тибетского нагорья, которое по большей части находится на высоте 13 тысяч футов (четырех километров) над уровнем моря, его на 40% меньше. Низкие уровни кислорода особенно проблематичны для родов, и такие осложнения, как преэклампсия, чаще встречаются на больших высотах. Хотя люди с более низких высот, проводящие значительное количество времени на большой высоте, могут частично приспосабливаться, производя больше красных кровяных клеток, чтобы захватывать кислород, это несовершенное решение, поскольку оно может привести к состоянию, известному как хроническая горная болезнь.
И все-таки тибетцы, чьи предки жили на плато по крайней мере 30 тысяч лет, хорошо приспособлены к среде с низким содержанием кислорода — отчасти благодаря специальным формам генов EGLN1 и EPAS1, которые участвуют в опознавании и адаптации к уровням кислорода. В статье, опубликованной в 2014 году, генетик Анна ди Риенцо (Anna Di Rienzo), антрополог Синтия Билл (Cynthia Beall) и их коллеги показали, что родословная тибетцев восходит к двум ранее отдельным популяциям, связанным с современными китайцами хань и с шерпами. Изучив геномы всех трех существующих сегодня популяций — тибетцев, китайцев хань и шерпов — исследователи по кусочкам восстановили последовательность событий, в которых люди из низин, связанные с современными китайцами, мигрировали на большие высоты, где смешались с теми, кто там уже жил (родственниками шерпов). Считалось, что полезные генетические версии EGLN1 и EPAS1 уже присутствовали в родственниках шерпов, и обретение этих генетических вариантов помогло пришельцам выжить и передать свои гены.
Но каким образом самим родственникам шерпов удалось приобрести полезные версии своих генов? Это тоже, по-видимому, является результатом смешения — не только между двумя различными человеческими популяциями, но и между двумя разными видами. Примечательно, что версия гена EPAS1, связанного с адаптацией к высотам, была обнаружена в ДНК вымерших двоюродных братьев неандертальцев, известных как денисовский человек, чьи окаменелые останки были найдены в сибирской пещере в 2010 году. Специалист в области популяционной генетики Расмус Нильсен (Rasmus Nielsen) и его коллеги вывели из этого, что вариант EPAS1 попал в генофонд человека после того, как состоялась встреча современного человека и денисовца. Будучи членами двух различных видов, они тем не менее зачали ребенка, который выжил и оставил потомство, и некоторые представители этого потомства являются современными тибетцами.
Хотя генетический вариант EPAS1, приобретенный у денисовского человека, встречается только у тибетцев и китайцев хань, другие признаки ДНК денисовского человека можно найти у современных людей, живущих на большей части территории Южной и Восточной Азии, Австралии, Новой Гвинеи и Океании. Кроме того, гены, полученные от неандертальцев, которые обитали в западной части Евразии, можно найти во всех живущих ныне человеческих популяциях, за исключением Африки. Благодаря геномным исследованиям недавно были обнаружены доказательства смешения и с другими вымершими родственниками — видами, подобными неандертальцам и денисовскому человеку, но пока не известных палеонтологии.
Польза, получаемая в результате смешения генов разных популяций, хорошо известна селекционерам растений и животных. Гибридная кукуруза, например, при посеве на одних и тех же угодьях по своим характеристикам превосходит чистые сорта. Впервые это было продемонстрировано генетиком Д. Г. Шеллом, запустившим свои эксперименты в 1906 году. В результате полученных им результатов, а также подтвердивших их дальнейших исследований в 1920-е и 1930-е годы, выросла популярность гибридных сортов кукурузы. Сегодня, по данным Министерства сельского хозяйства США, 95% всей выращиваемой в США кукурузы составляют гибридные сорта, которые дают урожай на 20% выше и требуют на 25% меньше земли.
Смешивание генов нельзя назвать лишь благоприятным явлением второго порядка. Порой его отсутствие может иметь негативные последствия. Рассмотрим чистокровных собак. Исследователи Калифорнийского университета в Дейвисе в 2013 году сравнили ветеринарные записи 27 254 чистопородных собак и собак-метисов и выявили десять различных генетических нарушений, в том числе дисплазию локтевого сустава и катаракту, которыми чистокровные собаки страдают чаще, чем животные смешанных пород. Поколения собак, которые спаривались исключительно с особями той же породы, в результате накапливают рецессивные аллели, которые при скрещивании с другой породой, вероятнее всего, будут подавляться доминантной аллелью.
Аналогичные явления обнаруживаются и у человека. Около 10% всех браков сегодня заключаются между близкими родственниками, такими как троюродные братья и сестры, или даже людьми, связанными еще более тесным родством. Самые высокие показатели подобных браков характерны для жителей Северной Африки и Ближнего Востока, а также для иммигрантов из этих регионов, где брак между родственниками часто поощряется по религиозным или социальным причинам. Хотя генетическое консультирование необходимо, чтобы определить конкретные риски, в целом чем теснее родство родителей, тем выше вероятность того, что у их детей будут врожденные дефекты или генетические нарушения. Такие врожденные дефекты, как глухота и потоки сердца, встречаются у детей двоюродных родственников с частотностью, на 2—3% превышающей остальные случаи. Что касается рецессивных генетических нарушений, то здесь вероятность их появления выше на 2—4%.
Хотя в некоторых регионах браки между родственниками остаются распространенным явлением, общемировая тенденция следует в противоположном направлении. Когда оба родителя имеют друг к другу весьма отдаленное отношение, например, когда их предки происходят из разных человеческих популяций, шансы того, что у обоих обнаружится рецессивный аллель для одного и того же гена, чрезвычайно малы. Следовательно, по мере того как мировое население становится все более смешанным, число некоторых генетических нарушений будет сокращаться.
Если история жизни на Земле и может нас чему-то научить, так это следующему: при изменении условий виды либо приспосабливаются, либо вымирают. В нынешнюю эпоху значительных изменений окружающей среды человечество должно принимать во внимание различные варианты. Ни один из видов, даже всемогущие Homo sapiens, не в состоянии полностью остановить эволюцию. Но мы можем сделать выбор в пользу того, чтобы путем изоляции ограничить наши возможности постоянной биологической адаптации, стремясь оставаться всегда такими, какие мы есть. Разумеется, такие решения принимаются не человечеством в целом, а отдельными лицами и правительствами. Национализм и ксенофобия, которые сегодня на подъеме в США и Европе, грозят понижением генетического обмена между популяциями, подавляя нашу способность и дальше развиваться и адаптироваться.
Или же мы можем использовать иммиграцию и глобализацию, чтобы попытаться обеспечить себе более привлекательное будущее. Основные причины нынешних высоких темпов миграции населения, вероятнее всего, сохранятся, а возможно, их число увеличится, так как человеческое население планеты продолжает расти. Доступ к природным ресурсам, таким как пресная вода, уже давно обуславливает перемещения населения, и эти факторы могут играть еще более важную роль для миграции по мере расширение человеческой популяции в мире. Точно так же по мере экономического развития объем ресурсов, используемых каждым человеком, продолжит увеличиваться, оказывая дополнительное давление на ограниченные ресурсы и заставляя людей отправляться на поиски лучших условий. Ожидается, что в результате глобального изменения климата уровень моря продолжит повышаться, а это, вероятно, приведет к крупномасштабным перемещениям населения из низкорасположенных прибрежных районов, поскольку те станут непригодными для жизни. Короче говоря, перетасовка популяций вследствие перемещения людей по всему миру продолжит формировать структуру нашего генофонда — и, соответственно, нашу будущую эволюцию — на многие поколения вперед.
Такие люди, как Даниэла Шумейк, определяющая собственное происхождение как смешанное, вероятно, станут все более распространенным явлением. Даниэла считает, что в ее случае на это понадобилось всего одно поколение. «Моя мама часто смеялась, что все ее друзья составляли межрасовые пары, и она думала, что это необычно и круто, — говорит она. — А теперь это вроде как нормально и круто».
Скотт Соломон — биолог и автор научных статей. Преподает биологические науки в Университете Райса, его статьи и фотографии среди прочих публикуют такие журналы, как Slate, Nautilus и Wired. com. Последняя книга — Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution (2016). Живет в Хьюстоне, штат Техас.
