Про адамов и ев
Oct. 18th, 2011 05:25 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
macroevolutionПолучил по почте вопрос:
"Недавно с огромным удивлением обнаружил, что считается, что все живущие люди имеют общего предка по Y-хромосоме. Верно ли это утверждение, которое я почерпнул из [http://en.wikipedia.org/wiki/Y-chromosomal_Adam]? Я был бы очень рад прочесть Ваше разъяснение на эту тему в Вашем блоге.
Спасибо!"
Хотя в последнее время мне редко удается найти время на ответы на вопросы, этот вопрос меня "зацепил" тем, что лишний раз напомнил: то, что специалистам и, скажем, активным читателям научно-популярных материалов по биологии уже давно понятно, до сих пор остается непонятным множеству интересующихся и смущает умы! Еще одна причина, по которой я в последние месяцы очень вяло отвечал на вопросы, состоит в том, что на очень многие вопросы мне хочется ответить тем или иным фрагментом из новой книжки, которая уже вот-вот выйдет (по последним данным - до 10 ноября!). Короче, вот кусочек из черновика первого тома - "разъяснялка" как раз по этой теме. Она про Ев, но всё полностью приложимо и к Y-хромосомным Адамам. Читателям, которым все это давно известно и скучно, мои извинения.
Откуда берутся митохондриальные Евы
Любая популяция любого вида животных обязательно имела в прошлом свою «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех ныне живущих представителей данной популяции по прямой материнской линии. «Евы» появляются автоматически и неизбежно из-за случайных колебаний частот генетических вариантов (например, вариантов митохондриальной ДНК) в популяции. Чтобы понять, почему так получается, рассмотрим простую модель. Допустим, у нас есть популяция, включающая 10 самок, у каждой из которых имеется свой вариант мтДНК, немного отличающийся от остальных. Число самок (то есть размер популяции) не имеет принципиального значения: оно влияет только на среднее число поколений, требующихся для того, чтобы одна из этих самок стала «Евой». Чем больше популяция, тем дольше придется ждать.
Предположим, что каждая самка оставляет после себя с равной вероятностью либо 0 дочерей, либо одну, либо две. Обозначим исходные варианты мтДНК у наших 10 самок буквами латинского алфавита:
abcdefghij (1)
Это поколение 1. Чтобы смоделировать следующее (второе) поколение, воспользуемся генератором случайных чисел. Сойдет и обычная игральная кость. Нам нужна последовательность из 10 случайных целых чисел в диапазоне от 0 до 2, чтобы определить, сколько дочерей родила каждая самка. Бросаем кость 10 раз, если выпадает 1 или 2, записываем ноль, если 3 или 4 – записываем единицу, если 5 или 6 – двойку. У меня получилась такая последовательность:
2 2 1 2 2 1 0 0 1 1
В соответствии с этими числами «родим» для каждой самки дочерей. Учитывая, что дочь наследует мтДНК матери, выпишем распределение митохондриальных гаплотипов (вариантов) в поколении 2:
aabbcddeefij (2)
Можно заметить, что из 10 исходных гаплотипов во второе поколение перешли только 8. Две самки (g и h) не оставили дочерей, и их митохондриальные линии пресеклись. Самок у нас теперь стало 12, поэтому для того, чтобы смоделировать поколение 3, понадобится 12 случайных чисел. Вот они:
2 2 0 0 2 0 2 1 2 0 2 1
А вот и третье поколение:
aaaaccddeeeiij (3)
В третьем поколении «потерялись» еще два гаплотипа: b и f. Продолжая моделирование, получаем последовательность поколений:
aaaeeejj (4)
eeejj (5)
ejjjj (6)
eejjjjjj (7)
eeejjj (8)
eeejj (9)
eeeej (10)
eeeejj (11)
eeeeeej (12)
eeeejj (13)
eeeej (14)
eeeej (15)
eeeej (16)
eeeeee (17)
Вот и все: к семнадцатому поколению в нашей популяции остался только один митохондриальный гаплотип из 10 исходных. Это значит, что прямые потомки по женской линии остались только у одной из исходных 10 самок.
Процесс этот абсолютно неизбежен: сколько бы мы ни взяли исходных самок с разными гаплотипами, через какое-то число поколений в популяции останется только один из них. При этом одна из древних носительниц этого гаплотипа автоматически превращается в «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех особей в популяции по непрерывной женской линии.
Кстати, какая именно самка в нашей модели стала «Евой» для поколения №17? Думаете, это самка «e» из поколения 1? А вот и нет: у поколения 17 есть и более поздняя общая праматерь. Это самка с гаплотипом «e» из поколения 6. Самка «е» из поколения 1, конечно, тоже является общей праматерью поколения 17 по женской линии, но она – не самая поздняя из таких праматерей.
Вымышленный пример генеалогического дерева вариантов митохондриальной ДНК. В каждом поколении в популяции присутствует 15 самок, у каждой из которых может быть 0, 1, 2 или 3 дочери. Все самки 16-го поколения восходят к «митохондриальной Еве» из поколения №2.
При желании можно придумать фантастические ситуации, в которых «Ева» никогда не появится. Но эти ситуации не имеют отношения к реальности. Например, Евы не будет, если каждая самка непременно оставляет после себя хотя бы одну дочь (нет ни бездетных самок, ни таких, кто оставил после себя лишь сыновей). Каждому ясно, что так не бывает. Обязательно какая-то часть самок умирает, не родив ни одной дочери. Исходное множество гаплотипов может не сократиться до одного и в том случае, если численность популяции будет бесконечно расти. Но так тоже не бывает: планета не резиновая, рост любой популяции рано или поздно останавливается.
Что будет, если популяция разделится на две – например, часть особей переселится на другой материк, и каждая из двух дочерних популяций будет процветать на своем материке? В этом случае в каждой из двух популяций тоже обязательно рано или поздно закрепится какой-то один из исходного набора гаплотипов. Причем, скорее всего, на разных материках это будут разные гаплотипы. Получится, что у каждой из двух популяций есть своя «митохондриальная Ева». Кроме того, будет и третья Ева – общая для обеих групп. Она окажется глубже в прошлом, чем обе «персональные» Евы разделившихся популяций.
"Недавно с огромным удивлением обнаружил, что считается, что все живущие люди имеют общего предка по Y-хромосоме. Верно ли это утверждение, которое я почерпнул из [http://en.wikipedia.org/wiki/Y-chromosomal_Adam]? Я был бы очень рад прочесть Ваше разъяснение на эту тему в Вашем блоге.
Спасибо!"
Хотя в последнее время мне редко удается найти время на ответы на вопросы, этот вопрос меня "зацепил" тем, что лишний раз напомнил: то, что специалистам и, скажем, активным читателям научно-популярных материалов по биологии уже давно понятно, до сих пор остается непонятным множеству интересующихся и смущает умы! Еще одна причина, по которой я в последние месяцы очень вяло отвечал на вопросы, состоит в том, что на очень многие вопросы мне хочется ответить тем или иным фрагментом из новой книжки, которая уже вот-вот выйдет (по последним данным - до 10 ноября!). Короче, вот кусочек из черновика первого тома - "разъяснялка" как раз по этой теме. Она про Ев, но всё полностью приложимо и к Y-хромосомным Адамам. Читателям, которым все это давно известно и скучно, мои извинения.
Откуда берутся митохондриальные Евы
Любая популяция любого вида животных обязательно имела в прошлом свою «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех ныне живущих представителей данной популяции по прямой материнской линии. «Евы» появляются автоматически и неизбежно из-за случайных колебаний частот генетических вариантов (например, вариантов митохондриальной ДНК) в популяции. Чтобы понять, почему так получается, рассмотрим простую модель. Допустим, у нас есть популяция, включающая 10 самок, у каждой из которых имеется свой вариант мтДНК, немного отличающийся от остальных. Число самок (то есть размер популяции) не имеет принципиального значения: оно влияет только на среднее число поколений, требующихся для того, чтобы одна из этих самок стала «Евой». Чем больше популяция, тем дольше придется ждать.
Предположим, что каждая самка оставляет после себя с равной вероятностью либо 0 дочерей, либо одну, либо две. Обозначим исходные варианты мтДНК у наших 10 самок буквами латинского алфавита:
abcdefghij (1)
Это поколение 1. Чтобы смоделировать следующее (второе) поколение, воспользуемся генератором случайных чисел. Сойдет и обычная игральная кость. Нам нужна последовательность из 10 случайных целых чисел в диапазоне от 0 до 2, чтобы определить, сколько дочерей родила каждая самка. Бросаем кость 10 раз, если выпадает 1 или 2, записываем ноль, если 3 или 4 – записываем единицу, если 5 или 6 – двойку. У меня получилась такая последовательность:
2 2 1 2 2 1 0 0 1 1
В соответствии с этими числами «родим» для каждой самки дочерей. Учитывая, что дочь наследует мтДНК матери, выпишем распределение митохондриальных гаплотипов (вариантов) в поколении 2:
aabbcddeefij (2)
Можно заметить, что из 10 исходных гаплотипов во второе поколение перешли только 8. Две самки (g и h) не оставили дочерей, и их митохондриальные линии пресеклись. Самок у нас теперь стало 12, поэтому для того, чтобы смоделировать поколение 3, понадобится 12 случайных чисел. Вот они:
2 2 0 0 2 0 2 1 2 0 2 1
А вот и третье поколение:
aaaaccddeeeiij (3)
В третьем поколении «потерялись» еще два гаплотипа: b и f. Продолжая моделирование, получаем последовательность поколений:
aaaeeejj (4)
eeejj (5)
ejjjj (6)
eejjjjjj (7)
eeejjj (8)
eeejj (9)
eeeej (10)
eeeejj (11)
eeeeeej (12)
eeeejj (13)
eeeej (14)
eeeej (15)
eeeej (16)
eeeeee (17)
Вот и все: к семнадцатому поколению в нашей популяции остался только один митохондриальный гаплотип из 10 исходных. Это значит, что прямые потомки по женской линии остались только у одной из исходных 10 самок.
Процесс этот абсолютно неизбежен: сколько бы мы ни взяли исходных самок с разными гаплотипами, через какое-то число поколений в популяции останется только один из них. При этом одна из древних носительниц этого гаплотипа автоматически превращается в «митохондриальную Еву» – последнюю общую праматерь всех особей в популяции по непрерывной женской линии.
Кстати, какая именно самка в нашей модели стала «Евой» для поколения №17? Думаете, это самка «e» из поколения 1? А вот и нет: у поколения 17 есть и более поздняя общая праматерь. Это самка с гаплотипом «e» из поколения 6. Самка «е» из поколения 1, конечно, тоже является общей праматерью поколения 17 по женской линии, но она – не самая поздняя из таких праматерей.
Вымышленный пример генеалогического дерева вариантов митохондриальной ДНК. В каждом поколении в популяции присутствует 15 самок, у каждой из которых может быть 0, 1, 2 или 3 дочери. Все самки 16-го поколения восходят к «митохондриальной Еве» из поколения №2.
При желании можно придумать фантастические ситуации, в которых «Ева» никогда не появится. Но эти ситуации не имеют отношения к реальности. Например, Евы не будет, если каждая самка непременно оставляет после себя хотя бы одну дочь (нет ни бездетных самок, ни таких, кто оставил после себя лишь сыновей). Каждому ясно, что так не бывает. Обязательно какая-то часть самок умирает, не родив ни одной дочери. Исходное множество гаплотипов может не сократиться до одного и в том случае, если численность популяции будет бесконечно расти. Но так тоже не бывает: планета не резиновая, рост любой популяции рано или поздно останавливается.
Что будет, если популяция разделится на две – например, часть особей переселится на другой материк, и каждая из двух дочерних популяций будет процветать на своем материке? В этом случае в каждой из двух популяций тоже обязательно рано или поздно закрепится какой-то один из исходного набора гаплотипов. Причем, скорее всего, на разных материках это будут разные гаплотипы. Получится, что у каждой из двух популяций есть своя «митохондриальная Ева». Кроме того, будет и третья Ева – общая для обеих групп. Она окажется глубже в прошлом, чем обе «персональные» Евы разделившихся популяций.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:22 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:25 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:43 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:50 pm (UTC)Как ищется митохондриальная Ева? Берутся митохондриальные ДНК всех (большой выборки) ныне живущих людей, смотрится количество мутационных отличий в них. Дальше калибруются мутационные часы и рассчитывается, сколько времени назад существовала ДНК, от которой они все произошли.
Эту операцию можно проделать с любым геном или набором генов и она всегда будет давать некий результат.
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 03:05 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 03:11 pm (UTC)А у кого я унаследовал тот или иной ядерный аутосомный ген - я сказать не могу, и генеалогическую линию провести по нему - соответственно тоже.
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 03:35 pm (UTC)Не согласен. Каждый ген физически реплицируется от предка к потомку. Поэтому, любую аллель любого гена вы получили ровно от одного какого-либо предка. Никаких причин (кроме религиозных), которые помешали бы прочертить этот путь через несколько поколений, я не вижу.
Допустим, у вас группа крови AB. Можно проследить, от кого от дедушек-бабушек вы получили A, а от кого B.
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 03:43 pm (UTC)Возможно, мы просто говорим о разных вещах. Я согласен с Вами, что предки (в том числе общие) могут быть не только по мтДНК или Y-хромосоме. Более того, могут быть предки вообще "ни по чему", ибо возможны такие генеалогические линии, где от предка потомку не достаются ВООБЩЕ НИКАКИЕ гены. И ничего об их родстве в этом случае мы с помощью методов биологии сказать не можем, поэтому и речи о них нет.
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 04:18 pm (UTC)Ну если известно, кто из них по материнской линии, то да. А если неизвестно, то мне придётся проводить генетическую экспертизу, то есть, сравнивать ДНК, как при установлении отцовства и любым другим подобным процедурам.
Антропологам (не знаю, как называются спецы по человеческой эволюции) остаётся только этот метод -- сравнивать ДНК. У них нет записей из ЗАГСа.
> где от предка потомку не достаются ВООБЩЕ НИКАКИЕ гены.
Ну, такой предок будет чисто логическим. Фактически никаких признаков от него нам не достанется.
Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 04:26 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 05:00 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:26 pm (UTC)Re: Да, но...
Date: 2011-10-18 02:27 pm (UTC)