Главная Методический инструментарий Междисциплинарные исследования Методологические труды Генный анализ Возможности популяционной генетики как прикладной исторической дисциплины

Возможности популяционной генетики как прикладной исторической дисциплины

06 Сентября 2013
90
0

В 60-е годы 20 века лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг высказал идею, что скорость накопления мутаций в ДНК является постоянной, и ее можно использовать как своего рода молекулярные часы эволюционной истории, в том числе и для изучения событий эволюционной истории человека. Таким образом, сравнив два ДНК можно определить генетическое время расхождения этих двух ДНК. Данный метод стал использоваться в биологии для нахождения времени расхождения различных близких биологических видов. Тогда ученные начали изучать с помощью этого метода человеческие популяции.

Хромосомный набор человека состоит из 23 пар хромосом, из которых 22 пары — «обычные» хромосомы, или аутосомы, и одна пара — половые, определяющие принадлежность к женскому или мужскому полу. У женщин они представлены парой одинаковых Х-хромосом, а у мужчин — одной Х - и одной Y-хромосомой, от наличия или отсутствия которой зависит, будет ребенок мальчиком или девочкой. При зачатии будущий ребенок наследует половину своих хромосом от отца, а половину — от матери; что касается половых хромосом, то от матери могут наследоваться только Х, а от отца — либо Х, либо Y. Таким образом, и происходит определение пола ребенка [6, 49].

В 1987 году вышла одна из первых статей по применению в популяционных исследованиях сиквенсов митохондриальной ДНК. Для анализа Аллан Уилсон, профессор Калифорнийского университета в Беркли, выбрал не ядерную ДНК, а ДНК митохондрий - одного из органоидов клетки, так как митохондриальная ДНК (мтДНК) - небольшая кольцевая молекула в женской Х-хромосоме размером 16 600 пар нуклеотидов, содержащая всего 37 генов.

Аллан К. Уилсон, на основе анализа митохондриальной ДНК утверждал, что все человечество произошло от одной женщины, когда-то жившей в Африке, потомки которой заселили остальные континенты, породив все расовое разнообразие человечества. Подробные результаты этих исследований были опубликованы в 1992 году в авторитетном журнале «Science». Позже различные группы популяционных генетиков начали изучать Y-хромосомы современных людей, собрав материал для анализа почти во всех регионах мира. Результат изучения нескольких тысяч проб, взятых от представителей разных народностей, показал, что все мужчины на Земле восходят к единому предку, названному «генетическим Адамом». По оценке исследователей, «генетический Адам» жил 150-160 тысяч лет в Африке и потом от него выделились различные генеалогические линии.

Наиболее интересными для историков представляются исследования по Y-хромосоме.

Здесь можно процитировать известного популяционного генетика с мировым именем Льва Анатольевича Животовского: «Y-хромосома — самая маленькая и самая неинформативная в человеческом геноме, она содержит всего около 80 генов. Другие хромосомы намного больше — в среднем каждая из них несет около 1.5 тыс. генов. Y-хромосома не только мала, но еще и узко специализирована — почти все ее гены ответственны за чисто мужские признаки. Долгое время из-за скромных размеров и небольшого числа генов Y-хромосома считалась «генетической пустышкой», малоинтересной для ученых, разве что только в связи с проблемами мужского бесплодия. Однако к концу прошлого века исследователи заинтересовались этой хромосомой с неожиданной стороны. Y-хромосома передается по отцовской линии, т.е. исключительно от отца к сыну. Поэтому, маркируя эту хромосому, т. е. пометив ее каким-либо образом, теоретически можно отследить ее происхождение по мужской линии до далеких предков. Маркерами Y-хромосомы служат ее мутации, возникающие в разное время и в разных географических регионах. Другими словами, каждый мужчина несет в своей Y-хромосоме генетическую память в виде всех тех мутаций, которые возникали у всех его прямых предков по мужской линии: его отца, деда, прадеда. Вторая важная особенность Y-хромосомы — непарность: она единственная хромосома человеческого генома, не имеющая пары. В обычных, парных хромосомах, в каждом поколении гены перемешиваются благодаря тому, что хромосомы обмениваются своими частями (рекомбинируют). Если в такой хромосоме возникает мутация, то в результате рекомбинации она может перейти в пару этой хромосомы, т.е. потеряться. Но бедной одинокой Y-хромосоме не с кем обмениваться генами, поэтому в ней любые изменения сохраняются в течение неограниченного времени» [6, 49].

В 2002 году консорциум по Y-хромосоме предложил номенклатуру линий Y-хромосомы, основанную на последовательности происхождения маркеров. Выделено 18 основных гаплогрупп, обозначаемых буквами латинского алфавита от А до R. Позже зачастую вносились незначительные поправки в эту классификацию. Современные методы генетического анализа позволяют установить порядок возникновения мутаций и нарисовать филогенетическое дерево, описывающее родственные связи всех людей по мужской линии. Чем раньше в эволюции возникла мутация, тем ближе к "корню дерева" она располагается, и тем больше ветвей будут ее содержать. При известной скорости накопления мутаций в расчете на поколение, их число можно перевести в абсолютное время, прошедшее с момента появления генетических линий, т.е. установить время, когда жил общий предок этих линий [7, c. 7].

Мутации в Y-хромосоме бывают двух видов: SNP-маркеры (Single-nucleotidepolymorphism - однонуклеотидные полиморфизмы) и STR-маркеры (shorttandemrepeats - короткие тандемные повторы)

Мутации в SNP-маркерах относятся к мутациям, которые позже присутствуют у всех мужских потомков данного субъекта. Их используют, чтобы показать по какой генетической линии человек восходит к генетическому Адаму. С помощью SNP-маркеров можно определить гаплогруппу, которую, проводя аналогии, можно назвать «генетической фамилией». Количество таких «генетических фамилий» довольно мало, всего около 20 общих гаплогрупп (обозначены буквами латинского алфавита) и около 400 разных вариантов, входящих в эти 20 основных гаплогрупп.

В то время как STR-маркеры можно использовать для поиска близкого родства. STR-маркеры представляют собой совокупность определенных частей ДНК (DYS - DNAYSegment), в которых были замерены тандемные повторы определенных нуклеотидов.

Например, можно привести примеры различных STR-маркеров:

Квадруплетный маркер ТАGA (тимин-аденин-гуанин-аденин) носит название DYS#19.

Триплетный маркер ATT (аденин-тимин-тимин) носит название DYS#388

Квадруплетный маркер TCTA (тимин-цитозин-тимин-аденин) носит название DYS#391 и так далее.

Если в DYS 19 всего 16 повторов ТАGA, то, следовательно, значение маркера будет 16. Последовательность таких цифр (значений повторов) называется гаплотип. Например, у одного из авторов статьи следующий гаплотип (значения повторов):

13, 31, 25, 15, 17, 11, 14, 15, 14, 11, 20, 13, 10, 11, 13, 10, 23, 12, 15

Формат записи (номера DYS):

389-I, 389-II, 390, 456, 19, 385а, 385b, 458, 437, 438, 448, GATAH4, 391, 392, 393, 439, 635, 388, 426.

В общем, говоря простым языком, у ближайших родственников по мужской линии гаплотип должен совпадать. Обычно гаплотип передается неизменным от отца к сыну, но иногда раз в n-ое количество поколений случаются мутации и, например, в DYS 19 вместо 16 повторов, как у отца, появляются либо 15, либо 17 повторов (мутация произошла).

Нелишним будет также отметить, что во многом успешность сравнения зависит от базы данных, с которой можно сравнивать полученные гаплотипы. Например, в Европейских странах базы данных большие и сравнивать всегда есть с кем, в то же время данных по тюркским народам бывшего улуса Джучи данных очень мало и большинство из них имеют малое количество тестированных STR-маркеров.

Существует большое количество публикаций о гаплотипах и гаплогруппах казахов. Здесь стоит перечислить наиболее значимые работы:

В 1999 году в рамках исследования четырех популяций: уйгуров, высокогорных киргизов, киргизов из низкогорий и казахов были исследованы гаплотипы 172 человек (49 казахов, 39 уйгур, 41 киргизов из равнин, 43 высокогорных киргизов) по семи маркерам (DYS19, DYS388, DYS389-1, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393) [3, 208].

Довольно интересными оказались опубликованные на специализированном сайте http://www.yhrd.org/ данные Томаса Ротамеля по казахам из города Тараз, где было получено 181 гаплотипов по 12 маркерам (DYS19, DYS385a, DYS385b, DYS388, DYS389-1, DYS389-2, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS426, DYS439).

Также очень интересными представляются данные собранные венгерскими генетиками о гаплотипах 45 казахских маджар, проживающих в Тургае [2, 305]. Гаплотипы исследовались по 12 маркерам (DYS19, DYS385a, DYS385b, DYS389-1, DYS389-2, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS437, DYS438, DYS439). Данное исследование примечательно тем, что в его основу была положена историческая гипотеза о родстве венгров-мадьяр и казахских маджар («являются ли мадьяры и тургайские маджары родственниками»), до этого в основу всех статей лежали биологические вопросы («какие гаплотипы у определенного народа»). В итоге гипотеза не подтвердилась, так как гаплотипы венгров и гаплотипы маджар не совпали. При этом маджары по шежире (генеалогические записи, передаваемые от отца к сыну, содержащие как данные по происхождению рода, так и некоторые родовые предания) относятся к племени Аргын, и их гаплотипы оказались близки представителям этого племени, что подтвердило версию о том, что тургайские маджары часть Аргынов и не родственники венграм.

В 2011 году вышла статья Туруспекова Е., Сабитова Ж.М. и других с анализами первых 100 казахских гаплотипов из коммерческой базы данных[5].В 2012 году вышла статья Серикбая Абилева и соавторов с генетическими данными рода Керей [1]. В 2013 году вышла статья Павла Тарлыкова с данными о роде Найман из восточного Казахстана [4]. Также в 2013 году вышла статья Сабитова Ж.М. с анализом всех предыдущих исследований по этногенезу казахских родов и новыми данными из коммерческой базы данных [7]

Также стоит отметить, что даже в исследованиях по казахам есть свои недостатки. В данных исследованиях в большинстве случаев не фиксируется историческая фактологическая сторона. Например, при исследовании этносов, которые сохранили определенное родовое деление, стоит очень тщательно подбирать выборку, фиксируя помимо географических аспектов родовое деление, минимум по четырем уровням таксономии (tribe, subtribe, clan, subclan), а также шежире тестируемого человека. При исследованиях польско-литовских татар, следует всегда фиксировать фамилию, географию происхождения семьи и при наличии документальную генеалогию. При исследованиях казанских татар стоит фиксировать географию происхождения, шежире, а также исторические легенды и данные о происхождении того или иного села или поселения. Именно внимание к историческим фактам происхождения тестируемых людей может дать ответ на многие исторические вопросы.

В 2009-2010 годах автором статьи совместно с московскими генетиками из РАМН (Российская акаддемия медицинских наук) были собраны свыше 1400 образцов ДНК из 13 сельских районов 10 областей Казахстана. На данный момент в лаборатории получены результаты по всем районам, но они пока еще не опубликованы.

Исходя из первых полученных результатов, мы можем утверждать, что устный исторический источник шежире достоверен на 80-95 %, так как генеалогии из шежире подтверждаются генетически, когда члены одного племени и рода имеют близкий гаплотип, восходящий к основателю рода.

Также можно отметить, что историки получают в свои руки первый инструмент и метод верификации их теорий, например историк Дамир Исхаков выдвинул гипотезу, что Чура Нарыков, известный татарский батыр (богатырь) был из племени Аргын. По другой гипотезе он предок казахского рода Тама. Согласно татарским преданиям он также является предком населения таких татарских деревень как Каратмен, Кулбаш, Большая Кара Гузя, Малая Кара Гузя, Караваево. У казахов и крымских татар также существует род Аргын. Исследовав эти популяции, мы можем подтвердить или опровергнуть версию о генетической связи этих четырех популяций.

В общем, исследования Y—хромосомы по SNP и STR-маркерам - это новый прикладной исторический метод, который позволит проверить исторические гипотезы. Но тут стоит помнить, что этот метод в плане исторических реконструкций не совершенен на все 100 %, так как помогает подтвердить гипотезы, но не позволяет их опровергать: адюльтер, приписывание к роду и усыновления могли спокойно изменить ДНК юридического потомка.

Также можно утверждать, что популяционная генетика может помочь историкам ответить на вопрос, «когда молчат архивы». Например, существует определенная доля вероятности, что с помощи популяционной генетики, можно будет ответить на вопрос, является ли Джучи родным сыном Чингиз-хану. С помощью письменных источников на этот вопрос нельзя получить ответ, в то время как с помощью популяционной генетики есть определенная вероятность того, что ответ будет найден, путем тестирования современных потомков Джучидов, Толуидов, а также потомков братьев Чингиз-хана.

Для того чтобы популяционная генетика смогла помочь в изучении этногенеза народов Золотой Орды стоит исследовать все популяции, которые генетически связаны с населением Золотой Орды по следующим параметрам:

1. Каждый этнос, в котором происходит забор ДНК, должен быть представлен не менее 200 представителями (количество тестируемых зависит от величины этноса) из различных субэтнических популяций, формирующихся по родовому признаку, для тех этносов, где сохранено родоплеменное деление с фиксацией по четырем уровням таксономии (tribe, subtribe, clan, subclan). Или по географическому признаку, для тех этносов, где родоплеменное деление не сохранилось.

2. ДНК-тестирование должно проходить как минимум по 17-19 STR-маркерам: DYS19, DYS385a, DYS385b, DYS388, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS426, DYS437, DYS438, DYS439, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635, GATAH4. 17 маркеров из этого списка входят в научный стандарт компании AppliedBiosystems, еще два маркера (DYS388, DYS426) полезны при сравнении данных гаплотипов с гаплотипами из коммерческих баз данных. Также стоит использовать параллельно тестирование по SNP-маркерам, чтобы получить более полную картину по тестируемым популяциям.

3. ДНК-тестирование должно ставить перед собой две цели: формирование базы данных гаплотипов и гаплогрупп изучаемых популяций на первом этапе. На втором этапе после создания полноценной базы данных, ДНК-тестирование должно проходить на основании исторических гипотез, которые могут быть верифицированы ДНК-тестированием.

Профессия историка сродни профессию следователя. Как и следователь, историк на основе различных данных и документальных свидетельств должен строить свои версии и гипотезы. Как дактилоскопия помогла произвести переворот в криминалистике, повысив раскрываемость преступлений в разы, так и популяционная генетика сможет произвести крупные перемены в нашем понимании истории. Популяционная генетика станет новым инструментом исторической науки, который поможет значительно повысить раскрываемость исторических загадок. Мы в этой статье осветили лишь общие методологические аспекты применения методов популяционной генетики в исторических реконструкциях. При накоплении новых данных мы сможем ответить на многие вопросы этногенеза различных этносов.

СПИСОКИСТОЧНИКОВИЛИТЕРАТУРЫ:

1. Abilev, Serikbai; Malyarchuk, Boris; Derenko, Miroslava; Wozniak, Marcin; Grzybowski, Tomasz; and Zakharov, Ilya (2012) "The Y-chromosome C3* star-cluster attributed to Genghis Khan's descendants is present at high frequency in the Kerey clan from Kazakhstan," Human Biology: Vol. 84: Iss. 1, Article 12.

2. Bíró A.Z., Zalán A., Völgyi A., Pamjav H. «A Y-chromosomal comparison of the Madjars (Kazakhstan) and the Magyars (Hungary)» // American Journal of Physical Anthropology. Volume 139 Issue 3. 2009, P. 305 – 310.

3. Pérez-Lezaun А., Calafell F., Comas D., Mateu E., Bosch E., Martínez-Arias R., Clarimón J., Fiori G., Luiselli D., Facchini F., Pettener D., Bertranpetit J.. «Sex-Specific Migration Patterns in Central Asian Populations, Revealed by Analysis of Y-Chromosome Short Tandem Repeats and mtDNA»// The American Journal of Human Genetics, 1999. Volume 65, Issue 1, P. 208-219.

4. Pavel V. Tarlykov, Elena V. Zholdybayeva, Ainur R. Akilzhanova, Zhannur M. Nurkina, Zhaxylyk M. Sabitov, Toleubay K. Rahypbekov, Erlan M. Ramanculov Mitochondrial and Y-chromosomal profile of the Kazakh population from East Kazakhstan// Croatian Medical Journal 2013; 54: 17-24

5. Turuspekov Y., Sabitov Zh., Daulet B., Sadykov M., Khalidullin O. «The Kazakhstan DNA project hits first hundred Y-profiles for ethnic Kazakhs»// Russian Journal of Genetic Genealogy. 2011. 3. №1. P. 69-84.

6. Животовский Л.А. Имашева А.Г. «Одиссея мужской хромосомы. Почему научные Адам и Ева не были знакомы»//Природа № 2. 2009. С. 39-60.

7. Сабитов Ж.М. «Этногенез казахов с точки зрения популяционной генетики»// TheRussianJournalofGeneticGenealogy. Volume 4, No 2 (2012)/Volume 5, No 1 (2013). C. 29-47.

Сабитов Ж.М.

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

доцент, PhD


Комментарии

Для того, чтобы оставить комментарий войдите или зарегистрируйтесь