Вопросы, которые Лука задавал в своем письме и на которые мы ответили, были серьезны и по-настоящему важны,— они касались нового исследовательского метода, а само исследование к тому же претендовало на пересмотр принятой версии доисторических событий. Эти вопросы должны были возникнуть, это было правильно. То, что произошло после, поставило под угрозу не только нашу работу по Европе, но и все эволюционные исследования, использовавшие митохондриальную ДНК, которые когда-либо проводились на человеке. Нам пришлось иметь дело с рекомбинациями.
Почему хромосомы ядра клетки не используют для того, чтобы прослеживать эволюционную историю? Говоря коротко, это слишком трудно из-за того, что они имеют обыкновение перемешиваться, перетасовывая всю генетическую информацию в каждом поколении. До того момента, когда зародышевые клетки начинают свое последнее деление, в результате которого образуются гаметы (сперматозоиды или яйцеклетки), хромосомы живут каждая своей жизнью, не обращая особого внимания на соседок. Однако во время последнего деления все меняется: пары хромосом, унаследованные от родителей — по одной от каждого — сближаются, точно спаривающиеся червяки, и начинают обмениваться фрагментами ДНК. После этих объятий они отдаляются друг от друга и расходятся в разные гаметы. Теперь это уже не прежние хромосомы, а своего рода мозаика ДНК. Произошло то, что в генетике называется рекомбинацией. В ней-то, в конечном итоге, и кроется причина образования пола как такового. При помощи рекомбинации происходит образование новых и лучших генных сочетаний, которые способствуют успешной эволюции.
Для ученых в рекомбинации есть свои преимущества. Она очень помогает при серьезных наследственных заболеваниях для картирования генов в специфических хромосомах, трудно переоценить и ее роль в расшифровке генома человека в целом. Но если вы занимаетесь тем, что прослеживаете ДНК через поколения, рекомбинация — это большая помеха. Почему же митохондриальная ДНК так отлично подходит для изучения далекого человеческого прошлого? Да именно благодаря той своей особенности, что информация, которую она несет, не перемешивается путем рекомбинации. Последовательности митохондриальной
ДНК у меня и моих прямых предков по материнской линии не имеют отличий, за исключением тех, которые возникают при мутациях — по одной за каждое тысячелетия. Если бы здесь происходила рекомбинация, нам пришлось бы иметь дело не с одной цепочкой митохондриальных предковых последовательностей, а с целыми десятками. В этом случае все, чего достигла митохондриальная генетика, было бы поставлено под сомнение.
И вот, в марте 1999 года в престижном издании Королевского общества «Proceedings of the Royal Society» появились две статьи, в которых доказывалось наличие рекомбинации в митохондриальной ДНК. Публикации вызвали потрясение во всем научном мире. Первые страницы широкоизвестных научных журналов «Science» в Вашингтоне и «Nature» в Лондоне были посвящены тому серьезнейшему вызову, который был брошен митохондриальной ДНК. Если бы оказалось, что рекомбинация действительно существует, как говорилось в статьях, то это означало бы, что все результаты, достигнутые с помощью митохондриальной ДНК в изучении эволюции человека за последние десять лет, полностью теряют свое значение.
Широкий отклик и известность, которые получили эти две публикации, объяснялись не только их содержанием, но и огромным авторитетом одного из авторов: Джон Мэйнард Смит, признанный глава биологов-эволюционистов Британии, автор учебников, монографий и других солидных научных трудов, который, несмотря на свои восемьдесят с лишним лет, по-прежнему представляет активную и значимую величину в науке. Раз уж такой известный и выдающийся деятель, который вдобавок, по всей видимости, не преследовал никаких корыстных целей, возвысил свой голос, это означало смертный приговор нам и всем, кто еще работал в нашей области — в том случае, если обвинения в адрес митохондриальной ДНК будут доказаны. Суть дискуссионного выступления Мэйнарда, носящего в основном теоретический характер, заключалась р том, что количество вариаций в митохондриальной ДНК слишком велико, чтобы можно было отнести их за счет одних только мутаций. Это утверждение, само по себе, было не столько доказательством наличия рекомбинации, сколько игнорированием других механизмов, которые могли вызывать то, что, по мнению Мэйнарда, намного превышало прогнозируемое количество мутаций. Аргументация напоминала совет Шерлока
Холмса, который он дает доктору Ватсону в «Знаке четырех»: «Отбросьте все, что не могло иметь места, и останется один-единственный факт, даже немыслимый — он-то и есть истина». Но было нечто, что придавало словам Мэйнарда Смита особую силу, а именно — сообщение во второй опубликованной статье о доказательстве рекомбинации в митохондриальной ДНК, полученной на материале с крошечного далекого острова Нгуна в Тихом океане. Первым соавтором (из шести) второй статьи была Эрика Хагельберг.
Эрика, как вы помните, трудилась в моей лаборатории, когда мы впервые извлекали ДНК из человеческой кости в конце 1980-х годов. После этого она работала самостоятельно, приобрела имя, занимаясь ДНК ископаемых тканей, ее несколько раз приглашали участвовать в качестве эксперта в громких криминальных делах — самым нашумевшим был случай, когда Эрика и ее коллеги извлекали ДНК из останков Йозефа Менгеле, печально известного врача-фашиста, проводившего отвратительные эксперименты на заключенных концентрационного лагеря Аушвиц. В ее послужном списке были и другие интересные случаи, и со временем она приобрела репутацию одаренного ученого. Обе стороны несколько раз предпринимали попытки сломать лед, образовавшийся в последние (трудные для всех нас) дни пребывания Эрики в лаборатории. Но ничего не выходило, отношения оставались натянутыми. Эта напряженность придавала масштаб драме, которая должна была разыграться.
Суть сообщения Эрики о наличии рекомбинации состояла в том, что конкретная митохондриальная мутация в позиции 76 контрольного региона неожиданно обнаруживалась в нескольких различных кластерах на островке Нгуна. Как и статья Мэйнарда Смита, напечатанная рядом, это сообщение не было прямым доказательством рекомбинации митохондриальной ДНК. Однако мутация в позиции 76 крайне редко встречается где бы то ни было в мире, поэтому тот факт, что она оказалось частой и к тому же встретилась в разных кластерах в пределах одного и того же островка, заслуживал специального разъяснения. Это могло означать одно из двух: либо сходная мутация почти одновременно возникла в разных группах благодаря случайному совпадению — в такое почти невозможно поверить, либо вновь возникшая мутация в позиции 76 каким-то образом передалась другим людям. А единственным путем, которым это вообще может произойти, действительно является рекомбинация.
Для того чтобы могла осуществиться рекомбинация митохондриальной ДНК, должны произойти две вещи. Первое, нужно, чтобы две кольцеобразные молекулы ДНК нашли способ проникнуть друг к другу и обменяться фрагментами. Это можно себе представить. В каждой митохондрии в среднем содержится по восемь молекул ДНК, и им никак не воспрещается свободно встречаться друг с другом. Гак что они могли бы затеять обмен. И это не кажется невозможным. Куда труднее согласиться с тем, что в пределах одной клетки могут содержаться геномы, сильно отличающиеся один от другого. Если во всех митохондриях клетки последовательность ДНК абсолютно идентична, то они могут обмениваться ее фрагментами — это ничего не изменит. Последовательность во всех митохондриях по-прежнему останется той же самой. Что-то можно было бы заметить только в случае, если бы фрагментами ДНК обменялись две разные митохондрии. Следовательно, чтобы произошло то, что было обнаружено на Нгуна, необходимо проживание на острове (в настоящее время или хотя бы в прошлом) людей со смесью разных митохондрий. Один компонент смеси должен представлять собой ДНК, относящуюся к одному кластеру, назовем ее А, с мутацией в пункте 76. Другой компонент — митохондриальная ДНК, относящаяся к совсем другому кластеру, назовем ее В, без всякой мутации в пункте 76. Две эти митохондриальные ДНК затем должны обменяться сегментами так, чтобы кусочек из ДНК А, содержащий мутацию 76, попал в ДНК В.
