Когда образцы прибыли в Мюнхен, за них взялся Матиас Хёсс. Как всегда, по моему настоянию мы в первую очередь занялись технической стороной дела. Ленивцы меня интересовали лишь постольку-поскольку: на них можно было отработать получение древней ДНК. Матиас оценил общее количество ДНК в вытяжке из образцов милодона, а потом прикинул, сколько там ДНК, схожей с современными ленивцами. Выходило, что собственно милодоновой ДНК в вытяжке не больше 0,1 процента, а все остальное принадлежит тем существам, которые населяли эту кость после смерти животного. Нас это не удивило, потому что цифра оказалась типичной для ископаемых остатков.
Матиас, занявшись митохондриальной ДНК, ухитрился собрать цепочку длиной больше тысячи нуклеотидов. Как? Он размножил участки, которые перекрывались друг с другом, и соединил их в правильном порядке. После оставалось сравнить аналогичные фрагменты современных трех- и двупалых ленивцев с реконструированной древней цепочкой: так Матиас доказал, что наземные гиганты около четырех метров в высоту ближе к трехпалым ленивцам, чем к двупалым. Большинство ученых на тот момент полагали, что трех- и двупалые ленивцы произошли от единой древесной формы, и тогда они должны быть теснее связаны родством друг с другом, чем с наземным милодоном. Мы же показали, что, напротив, милодон больше похож на одного из них, значит, среди ленивцев по крайней мере дважды возникали древесные формы (рис. 5.2).
Рис. 5.2. На этом филогенетическом дереве показано положение милодона и двух видов современных ленивцев; за свою историю ленивцы, видимо, осваивали деревья дважды. Из статьи: Höss et al. Molecular phylogeny of the extinct ground sloth Mylodon darwinii. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 93, 181–185 (1996)
Примеры с ленивцами и сумчатыми волками – яркие случаи конвергентной эволюции – стали для меня наглядным напоминанием, насколько ненадежно судить о родстве по морфологическому сходству. Выходило, что стоит природным обстоятельствам измениться в определенном направлении, как любая животная форма и поведение трансформируются сходным образом в нужную сторону. По мне, о родстве вернее говорит последовательность ДНК. В ДНК накапливаются тысячи мутаций, они возникают независимо друг от друга и не влияют ни на облик, ни на повадки животного. В морфологических чертах, напротив, заключаются средства выживания, поэтому те или иные измерения признаков отражают адаптивные возможности животного. Кроме того, признаки могут быть взаимно увязаны друг с другом – взяв два признака, никогда нельзя быть уверенным в их независимости. Так как в случае с ДНК мы имеем дело с множественными независимыми и случайно варьирующими признаками, то реконструкции получаются существенно более устойчивыми, чем основанные на морфологических вариациях. И даже больше – на базе ДНК можно получить время расхождения потомков с общим предком, чего никак нельзя сделать по морфологии. Ведь количество изменений в ДНК – это в основном функция времени, по крайней мере если речь идет о группе родственных видов.
Такие молекулярные часы и использовал Матиас. Он посчитал количество нуклеотидных различий в мтДНК и, соответственно, мутаций, которые успели накопиться по ходу эволюционного маршрута у животных, родственных ленивцам, – а это броненосцы и муравьеды. Неожиданно оказалось, что эта группа весьма древняя. Они разошлись, еще когда жили динозавры, около 65 млн лет назад. Вместе с ними, как мы знаем, появились некоторые современные группы млекопитающих и птиц, их непосредственные предки видели времена господства динозавров. Тогда существовали многочисленные виды наземных ленивцев, а теперь остались только обитатели древесных крон. До нашего открытия приходилось предполагать, что у древесных ленивцев имелось какое-то общее важное физиологическое свойство, которое помогло им пережить разнообразные климатические напасти, в том числе и последний ледниковый период. Но если общего предка у них не было, значит, вероятность такого хитрого признака уменьшается. Скорее все же их выживанию способствовал очевидный признак – приспособление к жизни на деревьях. Закончили мы свою статью[33] рассуждением, что ленивцы, забравшись повыше, смогли пережить и появление человека, который стал охотиться на их медлительных наземных сородичей. До сих пор ведутся споры, виноват ли человек, активный первобытный охотник, в вымирании американской мегафауны около 10 тысяч лет назад или тут сыграли свою зловещую роль естественные сдвиги в экологии. Но так или иначе, мы рады, что добавили в эту головоломку свой кусочек. Мы показали, что из остатков вымерших животных, живших тысячи лет назад, можно извлекать вполне достоверную ДНК и, опираясь на эту информацию, строить содержательные эволюционные гипотезы.
К середине 1990- х изучение древней ДНК так или иначе стабилизировалось, стало понятно, что возможно сделать, а что нет. Например, можно извлечь ДНК из коллекционных образцов кожи или других тканей, которые быстро высохли после смерти животного. Это мы показали на кенгуровых крысах еще в лаборатории в Беркли. После были подобные исследования на летягах, кроликах и многих других видах, в результате во многих музеях появились лаборатории по исследованию древней ДНК – музеи и использовали старые коллекционные образцы, и собирали новые специально для этой цели. Среди первых, основавших такие лаборатории, нужно назвать Смитсоновский институт в Вашингтоне и Музей естественной истории в Лондоне. Криминалисты тоже не остались в стороне – они теперь могли экстрагировать и анализировать ДНК из образцов с мест преступлений многолетней давности. Помогло это и судопроизводству. На основе новых генетических данных были освобождены из тюрем невиновные, генетические улики способствовали быстрой идентификации останков и успешному обнаружению преступников. Теперь бесследно испарилось отчаяние первых мюнхенских лет, когда я и вся моя группа сражались с загрязнениями и другими методологическими трудностями, пока другие публиковали в Science и Natureбредовые статьи о ДНК миллионолетнего возраста. Пришло чувство удовлетворения – все делалось не напрасно. Зародилась новая область знаний. Пора было браться за старую мечту – человеческие остатки.
Как уже говорилось, современная человеческая ДНК может загрязнить эксперимент множеством разных способов. Один из очевидных способов был мне продемонстрирован в Лондоне, когда куратор коллекции полизал ленивца. Но есть еще и пыль, и неочищенные химикаты, и многое другое: все это вместе создает большие проблемы. Но для меня конечной целью является человеческая история. Так что вопрос ставился следующим образом: сможем ли мы, несмотря на все препятствия, продвинуться в этом направлении?
Олива Хандт приняла вызов. Она была девушкой по-матерински доброй и донельзя самокритичной. Я видел, что для данной темы нужны как раз такие качества. Ей предстояло выполнять примерно такую же работу, какую проделал Матиас с ленивцами, но при этом следить, чтобы частички пыли не попадали в пробирку с древней человеческой косточкой. Ведь если частички пыли попадут на кость и при этом не попадут в контрольный, пустой, раствор, то как определить источник различий в наборах ДНК? Это могут быть и реальные древние различия, и пойманные с пылью. Невозможно. Поэтому решили, что Олива будет работать с останками индейцев, у которых в мтДНК есть специфические вариации, не встречающиеся у европейцев. Хотя я и не люблю эксперименты, которые можно интерпретировать только с учетом задуманных заранее гипотез, но не так уж много было вариантов, с помощью которых мы могли бы отработать метод выделения и реконструкции человеческой ДНК. Так что Олива начала опыты с образцами скелетных частей и мумифицированных тканей индейцев Юго-Запада примерно шестисотлетней давности. И пока она снова и снова упорно повторяла свои эксперименты, проверяя воспроизводимость и устойчивость результатов, появилась еще одна возможность, мимо которой нельзя было пройти.
