Какое место занимает генетика в России и мире сегодня? Что принципиально нового, неожиданного и критически важного для людей можно ожидать от этой науки в ближайшем будущем? Эти вопросы с 17 по 22 июня в Санкт-Петербурге обсуждают участники VII съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров (ВОГИС). Мы попросили вице-президента ВОГИС, научного руководителя Института общей генетики им. Вавилова РАН, профессора кафедры генетики биофака МГУ им. Ломоносова, академика Николая ЯНКОВСКОГО рассказать о последних достижениях генетиков, о том, каким они видят человечество через ближайшие 20 лет.
Из беседы с ним «МК» узнал, что:
— через два десятка лет на Земле может не хватить площадей для производства сельскохозяйственных растений;
— ученые по капле крови могут определить место жительства человека;
— к 2050 году в Москве, по прогнозам, будет больше мусульман, чем православных христиан.
Все живое на Земле состоит из генов. И если разобраться, то каждого из нас можно представить в виде… текста. Мы — текст из различных, уникальных для каждого комбинаций всего четырех букв — А, Ц, Т, Г (А, С, Т, G). Так обозначаются нуклеотиды — структурные элементы, из которых состоят наши гены, а из генов — наша ДНК, очень длинная молекула. От заложенной в ней последовательности нуклеотидов зависит все: пол, вес, рост, цвет глаз и волос, психологический статус…
В каждой нашей клетке содержится по 6 миллиардов нуклеотидов (ровно столько букв, кстати, содержится в подшивке газеты «Московский комсомолец» за 30 лет). То есть каждый человек — это носитель гигантского романа под называнием «Жизнь». И весь он уложен в виде закрученной двойной спирали размером в… три миллиардных доли кубического миллиметра! Но если бы мы смогли развернуть в одну линию ДНК из всех клеток организма, то они покрыли бы расстояние в тысячу раз большее, чем от Земли до Солнца!
— У нас не принято называть друг друга мутантами, а между тем каждого из нас при рождении от родной мамы отличает примерно сотня различных новых мутаций, — раскрывает Николай Казимирович еще одну тайну генома. — Став взрослым, каждый накапливает в клетках своего тела многие миллиарды мутаций. Живого места у нас нет (смеется) — и после этого мы боимся, что продукты ГМО как-то повлияют на нашу ДНК! Конечно, среди такого количества мутаций встречаются и те, которые программируют неизлечимую болезнь, но это редкость, от которой никто не застрахован.
У человека всегда была бабушка
Современная генетика уже разобралась, кто от кого произошел. Так, основная часть генома современного человека сформировалась на базе выходцев из Африки примерно 100 тысяч лет назад. А что было до этого? У человека были прямые предки, когда человек как вид еще не произошел, и они пока не были млекопитающими или многоклеточными (последние появились миллиард лет назад).
— В любом случае мы можем смело утверждать, что у человека всегда была бабушка, даже когда не было самого человека, — говорит Янковский. — Время расхождения с нашими последними родственниками, неандертальцами, оценивалось в 200–300 тысяч лет назад. Но еще раньше, покинув Африку примерно 800 тысяч лет назад, они разделились с другими видом — денисовским человеком. Неандертальцы заселили Европу, а денисовский человек — почти весь Восток, начиная от Алтая.
Исследования ДНК показали, что у всех европейцев, включая нас с вами, есть 3–4% генома, унаследованного от неандертальцев (это примерно 100 миллионов букв генетического текста). Но у коренных жителей Востока России есть отдельные фрагменты генома денисовского человека, чего не встретишь у западноевропейских народов. А вот генетический текст филиппинцев на все 20% (!) состоит из генов денисовского человека. Это самые близкие его родственники.
Почему в городе N прекратились кражи?
ДНК лежит в основе существования растений и животных. Но человечество еще не научилось использовать ее в полной мере. Есть отдельные показательные эксперименты, доказывающие эффективность ДНК-идентификации людей. К примеру, по однократному касанию стакана генетики могут сказать, кто держал его в руках, по клеткам в биологическом следе — найти насильника, по капле крови, оставшейся на месте теракта, определить личность террориста…
— В одном из небольших городов средней полосы России, — говорит ученый, — как-то прекратились квартирные кражи. Дело оказалось в том, что такие случаи в том городе очень быстро раскрывались по ДНК в биологических следах, оставленных преступниками. Но тут важно, есть ли у криминалистов достаточная информация об особенностях ДНК людей в том или ином регионе. Для этого надо заранее проводить генетические исследования граждан.
Дальше всех в этом вопросе пошла Исландия, в базе данных которой содержатся генотипы всего населения страны (более 300 тысяч человек). Некоторые страны — такие, как США, Канада, Великобритания, Япония, Китай, Малайзия, Сингапур, Таиланд, Чили, Колумбия, Новой Зеландия, — также создали обширные базы ДНК-профилей, но только осужденных граждан. Самый большой банк данных ДНК в мире — Национальная база Великобритании NDNAD, которая существует с 1995 года и содержит более 6 млн файлов о ДНК не только осужденных, но и подозреваемых.
В России, согласно Федеральному закону «О государственной геномной регистрации в РФ» от 2008 года, собираются ДНК об осужденных за тяжкие и особо тяжкие преступления, за преступления против половой неприкосновенности, а также ДНК неопознанных трупов и биологических следов, изъятых с мест совершения преступлений.
Но как может помочь геном, если преступление совершено человеком впервые и он никогда не сдавал ДНК-анализ для пополнения банка данных? Оказывается, может, если ученые имеют хотя бы один его волосок или каплю крови, а также базы данных по ДНК, привязанные к конкретному региону страны.
Именно с целью создания подобных баз генетических портретов коренных жителей регионов России и Белоруссии ученые запустили два года назад программу «ДНК-идентификация» для изучения генофондов регионов Союзного государства.
— Все помнят теракт в аэропорту «Домодедово» в 2011 году, — вспоминает генетик. — Вместе с десятками погибших во время взрыва погиб и сам террорист. Никаких данных о нем не было, только останки… Нам повезло: ДНК из его останков совпала с ДНК мужчин крошечного региона Северного Кавказа, по которому у ученых имелась информация в базе данных. У каждого человека — свой генетический текст, но общие с ним признаки встречаются и у родственников. Если мы берем участок Y-хромосомы, который передается по отцовской линии в том или ином селении на протяжении веков, то определить по нему потомка не составляет особого труда. Также можно определять дальних родственников и по материнской части ДНК.
Как-то, по словам Николая Янковского, в Новосибирске генетики помогли задержать серийного насильника. По ДНК из биологического следа установили фрагменты текста Y-хромосомы. Фрагменты таких текстов оказались часто встречающимися у мужчин коренного народа, населяющего регион Сибири в тысячах километров к востоку от Новосибирска. Но сыщики туда не поехали — стали искать людей из этого региона в столице Сибири. Сколько в Новосибирске может быть людей из огромного и отдаленного, но очень малонаселенного региона Сибири? Очень мало. Найти их не очень трудно, поскольку большинство их них объединены общим языком, общей культурой, знают многое друг о друге. Каждый из нас является не только носителем ДНК, но и культуры предков, языка… По этим «приметам» преступника тогда нашли очень быстро, но оттолкнувшись именно от его биологического следа — ДНК.
Коренных москвичей осталось 5%
— Десяток лет назад на мой день рождения коллеги сделали «портрет» моей Y-хромосомы, — вспоминает ученый. — По последовательности изменений в ДНК моей Y-хромосомы и частоте их встречаемости в географическом пространстве планеты выяснилось, что мои далекие, но кровные братья живут в основном в Западной Белоруссии. На геногеографической карте планеты это маленькое пятнышко, но я знаю, что в тамошней деревне родился мой отец и видел на многих надгробных памятниках у этой деревни фамилии моих прадедов. Выяснили мои друзья и время происхождения моего мужского рода — 13–16 тысяч лет назад.
Коренные народы жили и в основном продолжают жить в местах своего исторического происхождения. А откуда происходят горожане? В основном — из недалеких от города деревень.
Генетик приводит в пример Москву, где 76% жителей — из Центрального федерального округа. Остальные — более дальние соседи. Такая же картина и в Санкт-Петербурге, где 75% жителей — из Северо-Западного округа. А в Минске 90% уроженцев Белоруссии. То есть в основном рядом с нами живут представители ближайших к нам областей. И это несмотря на то, что за последние 100 лет расстояние от Москвы до места рождения среднестатистического приехавшего к нам мигранта увеличилось в 4 (!) раза — от 230 до 1000 километров. Преимущественно это произошло за счет приезжих жителей Кавказа, Закавказья и Средней Азии.
Кстати, один неприятный сюрприз: медики ожидают, что в ближайшие годы будет уменьшаться доля россиян, устойчивых к СПИДу. Дело в том, что у представителей южных регионов, которые постепенно становятся новыми россиянами, доля населения, чувствительного к данному заболеванию, выше, чем у северян, а это значит, что процент ВИЧ-чувствительных будет расти.
Согласно последним данным о миграционных процессах, к 2050 году в Российской Федерации вообще может поменяться очень многое. В частности, есть прогноз, что через 30 лет представители православной христианской веры будут представлять здесь меньшинство. А что вы хотели, если в 90-е годы в Москве в русских семьях, прямо или условно относящих себя к православной культуре, рождалось в среднем по три ребенка, а в мусульманских — по восемь?
— А вы знаете, что в Москве коренного населения осталось всего 5 процентов? — подливает масла в огонь Николай Янковский. — Как понять, кто коренной, а кто нет? Коренной (так договорились специалисты-демографы) — тот, кто рожден москвичом в третьем поколении. Вот я родился в Москве, мне уже 70 лет, но не могу считать себя коренным жителем столицы, поскольку мои деды родились не здесь. В общем, все мы тут в основном приезжие (улыбается), к тому же меньше придаем внимания этнической чистоте, чем раньше. Так, если сравнить с дореволюционным периодом, в столице до 1917 года межэтническим был только один брак из 50. Сейчас — почувствуйте разницу: каждый пятый брак у нас — межнациональный. Кстати, среди женщин разных национальностей, проживающих в Москве, самыми «интернациональными», то есть не придающими особой значимости национальности будущего мужа, являются именно русские дамы. Радует, что пока подавляющее большинство детей в таких смешанных семьях позиционируют себя русскими, то есть относящимися к русской культуре.
О чем пока молчат политики
Теперь — о хлебе насущном. С появившимся 6 тысяч лет назад животноводством у человека изменилась и форма существования: он стал образовывать государства. Росла доступность пищи, увеличивался и прогрессировал людской род… В первой половине XXI века нас уже больше 7 миллиардов.
Но процесс увеличения объемов пищи не бесконечен, заявляют ученые. Скоро наступит время, когда пядь незасеянной плодородной земли будет большой редкостью и земля для новых посадок попросту закончится.
— По данным 2017 года, мы уже использовали в производстве 70% доступной нам пресной воды и 40% пахотной земли, — приводит неутешительные данные профессор МГУ. — Если учесть, что за 10 тысяч лет (с момента начала земледелия) мы израсходовали примерно половину земли, то еще через некоторое количество лет, если численность человечества удвоится, незасеянной плодородной земли не останется вовсе. Тема нехватки земли для пропитания пока не обсуждается в политических кругах. Однако близко то время, когда нам для того, чтобы выжить, придется искать или создавать иные источники пищи. Надо иметь в виду, что уже нашим внукам может не хватить продукции традиционного растениеводства. А чьим-то — не хватает уже сейчас… По данным ВОЗ, рак уносит ежегодно жизни 8,7 млн человек, голод — 13 (!) миллионов. И если земли и выращенного на ней традиционного хлеба будет не хватать, эта цифра будет только расти.
Даже в России — обладательнице самых обширных плодородных земель для производства пищи — через 30 лет система ценностей изменится, считает ученый. Именно земля, а не нефть или газ, станет здесь главным богатством.
Замечено, что в голодные времена рождаемость падает сама собой, потом, при улучшении ситуации, возрастает. Взять, к примеру, Китай. Одно время там жило 60 миллионов человек, потом численность много раз падала, но опять достигала тех же 60 миллионов. А в какой-то момент население возросло в два раза — до 120 миллионов — и далее продолжало падать и подниматься уже до этой новой высоты. Специалисты связывают это более высокое плато с появлением у китайцев посевов более урожайного риса.
То есть биоресурсы явились причиной возникновения государств — они же могут явиться и причиной конца цивилизации, если есть будет нечего.
Удивительно, но сейчас, пока еды вроде бы большинству населения планеты хватает, женщины начинают отказываться от многодетности — сначала в Европе, за ней подтягивается Азия. Похоже, что впереди и Африка… Это загадка для ученых, потому что рост численности любого вида только растет, если дети сыты и здоровы. А у нас в отдельных странах наблюдается замедление прироста населения, хотя в целом численность человечества продолжает расти.
Что же делать людям? Неужели мы должны уничтожить всю природу, чтобы выжить, засеяв всю землю, чтобы есть? И выживем ли в итоге? Не вернемся ли снова к первобытному состоянию, если еды не хватит? Об этом сейчас задумываются ученые.
— Полвека назад в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН специалисты задались целью вывести породу лис, дружелюбных человеку, — приводит пример Николай Казимирович. — Принцип отбора был простой: машет человеку хвостиком — дают размножаться, не машет — не дают. В итоге за пять поколений почти все лисы замахали хвостами. Оказалось, что большинство потомков утратили варианты генов, определявших агрессивность, и эта особенность сохранялась далее в поколениях уже без искусственного отбора. В другой группе из той же стаи проводили и противоположный отбор — на агрессивность. Им тоже хватило пяти поколений…
Какой тут можно сделать вывод? Поскольку все мы млекопитающие — возможно, и люди могут за пять поколений очень заметно измениться, если условия отбирают определенные варианты генов так быстро. Станет ли таким условием борьба за доступность пищи? Доживем ли мы до императива: «Не будет пашни — не будет человека»? Не все готовы мириться с этим и уже сейчас думают об альтернативных источниках пропитания.
Клетки растений превращают углекислый газ (CO2) в органические соединения (по-простому — в еду), используя для этого энергию фотонов в процессе фотосинтеза. Вместо клеток растений можно использовать клетки некоторых бактерий, которые могут делать то же самое, но вместо фотонов используют электроны. Образно говоря, бактерии будут делать еду из воздуха, потребляя СО2, а энергию для этого станут получать из электрической розетки. При этом удвоение биомассы у бактерий будет происходить в несколько раз быстрее, чем у растений, но ни пашня, ни солнце им вообще не нужны. Они останутся для нашего с вами удовольствия.
«Вечным хлебом», по словам Янковского, человечество, скорей всего, станет кормить сельскохозяйственных животных или использовать его вместо химических удобрений для растений. Ведь производство его будет куда более экологически чистым. К тому же и проблема выбросов углекислого газа из расходной статьи бюджета превратится, как ни удивительно, в доходную.
Конечно, подобный метод получения пищи путем электросинтеза, без использования земли, потребует многолетних исследований и доступности достаточно дешевой электроэнергии. Условно говоря, если в ближайшие 30–40 лет у нас заработает термоядерный реактор — это позволит человечеству развиваться дальше, потому что появится много дополнительной пищи.
Беседуя как-то с ведущим ученым-теоретиком, членом совета Международного экспериментальный термоядерного реактора (ИТЭР), я спросила его о том, почему властные структуры выделяют недостаточно средств на развитие проекта, ведь дешевая электроэнергия была бы выгодна человечеству. Академик сказал мне тогда, что реактор будет создан в кратчайшие сроки, как только перед ведущими странами — участницами проекта встанет задача получения альтернативной энергии вместо нефти и газа.
Теперь, анализируя проблему пропитания людей, мы приходим к тому, что реактор должен заработать гораздо раньше, чем закончится нефть, ведь ее запасов хватит еще примерно на полвека, а запасов плодородных земель — может, только лет на 20 хватит.
Наталья Веденеева
