Как расшифровывали геном йети

В феврале с. г. техасский судмедэксперт Мельба Кечум и её коллеги опубликовали в специально учреждённом для этого интернет-журнале De Novo результаты анализа генома йети. С самого начала было ясно, что это наивное дилетантство и попытка выдать желаемое за действительное.

К описанию стандартных методов работы с генетическим материалом приложена здоровая доза фольклора и YouTube-видео (см. ниже), на котором якобы изображён спящий снежный человек. Вывод из этого делается следующий: бигфут существует, и он не обезьяна, а гибрид человека с неизвестным гоминином.


Редакция сайта Ars Tehnica не поленилась детально проанализировать ту статью и задать г-же Кечум несколько неприятных вопросов — главным образом чтобы выяснить, зачем это всё. Как так получается, что одни видят в публикации небрежно выполненное исследование, а другие — крупное научное открытие?

В статье рассказывается о двух геномах, выделенных из образцов, якобы имеющих отношение к йети. Митохондриальная ДНК явно человеческая. А небольшая часть ядерного генома представляет собой смесь человеческих и иных последовательностей, одни из которых родственны друг другу, другие — нет.

Биологи, к которым журналисты обратились за консультацией, подтвердили очевидное: перед нами результат загрязнения и деградации образцов, а также небрежной сборки ДНК. Г-жа Кечум защищается: «Мы сделали всё возможное, чтобы статья была абсолютно честной и научной. Не знаю, что ещё вам нужно. Всё что мы хотели — это доказать их существование, и это нам удалось».

Давайте разберёмся сначала с тем, почему она считает, что работа выполнена безупречно, и почему ошибается.

Прежде всего подчеркнём, что обработка и подготовка образцов (а это главное в таком деле) выполнялись судмедэкспертами. Спору нет, этих людей можно назвать учёными, ведь в основе судебно-медицинской экспертизы лежит принцип воспроизводимости результатов эксперимента, суть краеугольный камень научного метода. Но в отличие от генетика судмедэксперт нацелен на результат. По-видимому, это и стало причиной ошибки.

Анализ ДНК уже много лет используется в криминалистике, выработаны стандартные процедуры, доказавшие свою состоятельность. Но эти методы никогда не ставят своей целью полную расшифровку генома — достаточно получить данные, которые можно предъявить суду в качестве улики. А авторы «исследования» очень хотели доказать воображаемым присяжным, что йети существует.

В роли образцов выступали клочки волос разных размеров. Волосы — частый гость в лабораториях судмедэкспертов, которым обычно надо определить, принадлежат ли они человеку, точнее — конкретному подозреваемому, и т. д. В данном случае исследователи пришли к выводу, что волос не человеческий. Хорошо, идём дальше.

Если волос несёт фолликулы, из их клеток можно выделить ДНК. Это и было сделано — посредством стандартной для судмедэкспертизы процедуры. Были предприняты не менее стандартные меры для того, чтобы отсеять все посторонние ДНК.

По мнению г-жи Кечум, это удалось: была получена чистая ДНК обладателя волоса, а потому выводы из её анализа верны, и бигфут существует. Вы только подумайте — волос нечеловеческий, а митохондриальная ДНК, которая наследуется лишь по материнской линии, — человеческая!




Да, иногда (а точнее, почти всегда — это скажет вам любой биолог) никакие меры предосторожности не способны застраховать от ошибки. Но какое мы имеем право утверждать, что в данном случае исследователи действительно дали маху и проанализировали загрязнённые образцы? Всё очень просто: анализ принёс внутренне противоречивую информацию. Надо было увидеть в ней указание на ошибку и перепроверить результаты.

Для амплификации специфических для человеческой ДНК последовательностей применяется метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). С помощью коротких последовательностей, которые сочетаются с частями человеческого генома, можно создать несколько копий одной-единственной молекулы ДНК в образце и тем самым облегчить её обнаружение. В данном случае применялись такие ПЦР, которые позволяют выявить участки ДНК, чья длина варьируются в разных человеческих популяциях, что очень полезно для судмедэкспертизы.

Если ДНК человеческая и не очень сильно разрушилась, то реакции должны недвусмысленно свидетельствовать об этом. Аналогичный результат даёт анализ образцов, содержащих ДНК близких человеческих родственников (напомним, геном шимпанзе совпадает с нашим более чем на 95%). Чем дальше животное от человека, тем реже срабатывают реакции, и ПЦР всё чаще дают последовательности неправильной длины, ибо состав ДНК в процессе эволюции меняется.

Но не стоит ждать, что ДНК спокойно сидит и ждёт, когда вы до неё доберётесь. Она легко распадается на фрагменты, которые со временем становятся всё меньше, и это тоже оказывает влияние на результат реакций.

Сделав всё, что они считали нужным, г-жа Кечум и её коллеги, узрели хаос. Одни реакции дали продукты ПЦР ожидаемого, человеческого, размера, другие — нечеловеческого. Было бы логично истолковать последние как полное отсутствие реакций или даже генетического материала. Картина повторялась вновь и вновь, и следовало заключить, что либо образец принадлежит животному, далеко отстоящему от человека на эволюционном древе, либо ДНК сильно деградировала.

Учёные воспользовались электронной микроскопией и увидели коротенькие фрагменты ДНК, часть которых обладала одиночной (а не двойной) спиралью. Нити связывались с некоторыми кусочками и затем расходились в одноцепочечные секции, которые вновь соединялись с отдельными молекулами. Подобная закономерность наблюдается в присутствии генетического материала далёкого от нас млекопитающего — последовательности, кодирующие белки, совпадают довольно хорошо, а промежуточные участки ДНК сильно разнятся.

Словом, всё говорило о том, что ДНК плохо сохранилась и, вероятно, загрязнена. Это же предполагает, что методов, использованных для получения чистой ДНК, оказалось недостаточно. Но авторы решили, что перед ними просто очень необычный образец.

Но, увы, «просто очень необычных» образцов не бывает. Человек не может скрещиваться с другими приматами. Да, наши предки спаривались с неандертальцами и денисовцами, но их можно считать лишь наполовину сапиенсами, ибо наши ДНК очень сильно похожи. Тем не менее, вместо того чтобы сойти с очевидно ложного пути, исследователи пустились во все тяжкие. Выяснив, что по крайней мере часть ДНК человеческая, они сделали вывод, что обнаружили гибрид человека и какого-то другого примата.

В неспециальной литературе часто упускается из виду, что человеческие клетки на самом деле содержат два генома. Один живёт в хромосомах и хранится в ядре — именно о нём обычно говорят, когда заходит речь о человеческом геноме. Второй находится в митохондриях — небольших органеллах, производящих бóльшую часть клеточной АТФ. Это потомки некогда свободных бактерий, которые миллиарды лет назад накрепко связали свою жизнь с клетками, но сохранили реликт своего генома.

Митохондриальная ДНК — ценный инструмент для отслеживания популяций человека и других видов. Поскольку у этого генома нет полного набора средств репарации ДНК и он не способен пройти процесс рекомбинации, он мутирует гораздо быстрее, чем ядерный. Это ведёт к тому, что даже у тесно связанных популяций есть различия в митохондриальной ДНК. Кроме того, в каждой клетке находятся сотни митохондрий, и у каждой десятки копий генома. Поэтому всегда относительно легко получить образцы митохондриальной ДНК, даже если образец сильно деградировал или загрязнён.

Следовательно, секвенировав митохондриальный геном своих образцов, авторы получили последовательности человека, а не примата, лишь отдалённо родственного человеку.

Всё указывает на то, что успешное скрещивание между людьми и близкородственными видами (например, неандертальцами и денисовцами) случалось относительно редко. Имеет смысл ожидать, что существо, напоминающее ходячий коврик, имеет к человеку меньше отношения, чем вышеупомянутые, то есть шансы на интербридинг снижаются ещё сильнее. Однако образцы дали разные последовательности митохондриальной ДНК, то есть скрещивание происходило очень много раз. Кроме того, получается, что гибриды никогда не скрещивались с самками тех гипотетических приматов. Наконец, те приматы, по-видимому, вымерли, раз не обнаружено ни одного примера их митохондриальной ДНК.

Что же это за женщины, которые согласились на спаривание с какими-то неведомыми обезьянами? Если вы хотите идти в ногу с современными научными представлениями, то вам следует сделать ставку на популяции, которые некогда жили в Азии и отдельные ветви которых впоследствии проникли в Америку. Больше никто из людей в Америке не жил (до самого последнего времени). Но обнаружить азиатский след в митохондриальной ДНК, увы, не удалось. Большинство последовательностей имеют европейское происхождение, есть также парочка африканских образцов.

Один из образцов г-жа Кечум описала в подробностях. По её словам, он относится к гаплотипу, возникшему в Испании около 13 тыс. лет назад. Следовательно, гибридизация не могла произойти до появления этого гаплотипа.

На первый взгляд, невозможно построить стройную гипотезу на основании этой мешанины. Очевидно, что в руках исследователей оказались человеческие образцы, причём сильно загрязнённые, что хорошо объясняет разнообразие и возраст последовательностей.

Но не будем забывать, что для г-жи Кечум возможность очевидного истолкования исключена. Авторы предполагают, что в эпоху последнего ледникового периода группы европейцев и африканцев (sic!), скитаясь по бескрайним ледникам Северной Атлантики, забрели в Северную Америку. Действительно, есть гипотеза о том, что охотники Солютрейской культуры пересекли по льду Атлантику и основали несколько поселений на восточных берегах Северной Америки, после чего то ли вымерли, то ли были ассимилированы выходцами из Азии. Но г-же Кечум это предположение отчего-то разонравилось. Она не исключает того, что скрещивание могло происходить в Европе, после чего снежный человек каким-то образом оказался в Америке — скорее всего, по сухопутному мосту на месте Берингова пролива. «Они могли пересечь весь мир на своих двоих, — говорит исследовательница. — Они такие быстрые!»

В любом случае, по мнению г-жи Кечум, это малозначащие детали: «Мы не знаем, как они попали сюда. Мы просто знаем, что они это сделали».

Итак, до сих пор странности исследования были связаны не с методом, а с интерпретацией результатов. Но как только авторы приступили к изучению конкретных последовательностей генома, начались по-настоящему серьёзные проблемы. Некоторые образцы несли достаточно ДНК, чтобы заняться их секвенированием на одной из платформ с высокой производительностью. Показатель качества говорил о том, что последовательностей достаточно, чтобы собрать их в геном. (Как ни странно, учёные ошибочно интерпретировали это как указание на то, что перед ними последовательности одной особи.)

Машины с высокой пропускной способностью обычно выдают короткие последовательности всего лишь с сотней оснований, тогда как даже в самой маленькой хромосоме человека более 40 млн оснований. Есть программы, способные распознавать, когда дуэт таких фрагментов из 100 оснований частично перекрывает друг друга и появляется возможность собрать из них новый фрагмент — уже из 150, к примеру, оснований. Поиск таких наложений позволяет постепенно наращивать фрагменты из нескольких миллионов пар оснований. Этот метод несовершенен (он оставляет «дыры» в геноме), но удобен и широко используется.

По какой-то непостижимой причине наши герои им не воспользовались. Вместо этого они взяли одну человеческую хромосому и с помощью компьютерных программ попытались собрать нечто подобное из того материала, который оказался в их распоряжении.

Но основная часть кодирующих регионов ДНК у млекопитающих консервативна, и потому они красиво выстраиваются в человеческую хромосому, тогда как неподходящая часть генома игнорируется. Иными словами, такой подход почти гарантированно даёт нечто, похожее на геном человека.

Другая проблема этого метода заключается в том, что ПО, как правило, рассматривает хромосомную последовательность человека в качестве цели, которую обязательно надо достичь. Если программа не найдёт идеального соответствия, она будет искать лучшее из имеющихся.

Но даже при этом собрать всю хромосому целиком не удалось. Компьютер выдал три участка хромосомы по несколько сотен тысяч пар оснований каждый, а геном человека, напомним, содержит более трёх миллиардов таковых. С учётом того, что показатель качества ДНК был высоким, можно говорить о двух вещах: либо ПО выбрали неудачно, либо человеческой ДНК было мало.

Давайте на некоторое время остановимся и попытаемся представить себе, что выводы авторов верны, то есть бигфут существует и является плодом любви людей с каким-то неопознанным гоминидом. Известно, что наши предки скрещивались с неандертальцами и денисовцами, и результатом тех браков, естественно, должно было стать нечто вроде человека, ведь неандертальцы и денисовцы были очень похожи на людей. Следовательно, для производства снежного человека людям надо было скрещиваться с каким-то более далёким родственником, но не настолько далёким, как шимпанзе.

Как выглядел бы геном такого гоминина? Геномы неандертальцев и денисовцев сильно похожи на человеческий. Геном «гоминина X» должен сильнее отличаться от нашего, но не сильнее генома шимпанзе. С точки зрения крупномасштабной структуры геномы человека и шимпанзе почти идентичны, есть только шесть мест с большим структурным различием, то есть всего 11 точек прерывания. И ни одна из этих точек не находится на 11-й хромосоме, которую пытались реконструировать авторы, так что с этим всё в порядке.

Более мелкие вставки и делеции распространены шире, но не сильно. Если сосредоточиться на тех областях генома, где нет вышеуказанных крупных участков, разделяющих человека и шимпанзе, то наши с ними геномы совпадут на 99%. Можно предположить, что геном гоминина, с которым мог бы скрещиваться наш предок, должен совпадать с нашим на 97–98%.

Гибриды первого поколения будут обладать геномами родителей в соотношении 50 на 50. Разумеется, своё слово скажет естественный отбор, но в целом около 90% человеческого генома не находится под селективным давлением, а основная часть из оставшегося тоже под него не подпадает просто из-за того, что она идентична у обоих родителей. В результате случайным образом будет наследоваться 98–99% генов обоих видов.

Разумеется, после первого поколения начнётся рекомбинация двух геномов, единицей которой выступает сантиморган. 1 сМ соответствует расстоянию между генами, рекомбинация между которыми происходит с частотой 1%. Если у вас 50 млн пар оснований ДНК, то существуют равные шансы на рекомбинацию и её отсутствие с каждым поколением. У людей одно поколение — это в среднем около 29 лет, у шимпанзе — 25. Можно предположить, что у бигфута — в районе 27 лет.

Если йети возник примерно 13 тыс. лет назад, то с тех пор сменилось примерно 481 поколение. Это означает 241 рекомбинацию. В среднем мы увидим по одному признаку рекомбинации на каждые 200 тыс. пар оснований или вроде того.

Итак, мы знаем, как должен выглядеть геном гибрида: участки человеческой ДНК длиной более 100 тыс. оснований чередуются с отрезками такого же размера, которые похожи на человеческие, но всё же отличаются от них. Сходство между теми и другими должно быть очень сильным, так что было бы трудно сказать, где заканчивается человеческая последовательность и начинается нечеловеческая. Чтобы разобраться с этим, пришлось бы воспользоваться оборудованием с разрешающей способностью в районе тысячи пар оснований. А поскольку митохондриальная ДНК намекает на несколько эпизодов интербридинга, ни один йети не обладал бы одними и теми же комбинациями человеческих и нечеловеческих участков.

Геном, который попытались нам всучить г-жа Кечум и её коллеги, совершенно другой. Длина человеческих участков составляет всего несколько сотен пар оснований. Они перемешаны с регионами, которые совершенно никак не похожи на человеческие. Такой геном никак не подтверждает гипотезу о гибриде. Но г-жа Кечум стоит на своём: ведь гибридизация могла произойти намного больше 13 тыс. лет назад.

Сотрудники Ars Technica решили самостоятельно выяснить, что это за геном, на сайте ENSEMBL. ПО BLAST показало, что лучше всего этому набору последовательностей соответствует 11-я хромосома, чего и следовало ожидать. Но, как мы помним, наряду с человеческими были и какие-то ещё участки. Если перед нами действительно гибрид, то они должны хотя бы походить на человеческие, но ничего подобного — для одних не найдено соответствий в базе данных, а другие, как выяснилось, принадлежат медведям, мышам и крысам, то есть перед нами обыкновенные человеческие образцы, очень сильно загрязнённые ДНК животных, распространённых в лесах Северной Америки.

Повторный анализ одного из образцов в другой лаборатории привёл скептически настроенных генетиков к аналогичному выводу.

Когда компьютер попросили собрать из этой мешанины 11-ю человеческую хромосому, он подыскал наиболее подходящие фрагменты, а промежутки между ними заполнил всем подряд — иногда человеческим материалом, иногда нет.

Как видим, авторы исследования не ставили своей целью выяснить, что перед ними. Они исходили из твёрдого убеждения в том, что это чистые образцы ДНК йети, и все странности относили на этот счёт. А причина в том, что г-жа Кечум своими глазами видела бигфута и горела желанием поведать об этом миру. По её словам, она познакомилась с энтузиастами, живущими в каком-то тайном месте, где они могут «общаться» с йети. Последние привыкли к людям и приближаются к ним на такое расстояние, с которого их можно рассмотреть.

Она утверждает, что подобные «места встреч» держатся в секрете, чтобы снежным человеком не заинтересовались журналисты, охотники и владельцы зоопарков. Короче, бигфутов хотят оградить от излишнего любопытства, которое не пойдёт им на пользу. Но однажды в волосе, который был идентифицирован как нечеловеческий, была обнаружена человеческая митохондриальная ДНК, и г-же Кечум захотелось посрамить скептиков.

А все несуразности своего исследования она считает загадкой, заслуживающей дальнейших изысканий. «Результаты таковы, каковы они есть, и я не собираюсь вписывать их в общепринятые научные модели, если они туда не лезут», — говорит она.