ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Светлана Боринская Институт общей генетики им. Н.И.Вавиловва РАН Клуб «Антропогенез» - презентация

1 ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Светлана Боринская Институт общей генетики им. Н.И.Вавиловва РАН Клуб «Антропогенез» 30 апреля 2011

2 РЕКОНСТРУКЦИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ И РЕГИОНАЛЬНЫХ МИГРАЦИЙ ПО РАЗНООБРАЗИЮ ЛИНИЙ ДНК

3 ДАВНЫМ ДАВНО (~ лет назад) ЖИЛИ БЫЛИ В АФРИКЕ АДАМЫ И ЕВЫ (популяция N e ~ 5000)

4 Население мира Peter Turchin, 2002 логарифмическая шкала ОНИ ПЛОДИЛИСЬ И РАЗМНОЖАЛИСЬ

5 тыс. лет назад их потомки заселили почти всю Землю (50 о ю.ш о с.ш.)

6 Древо линий Y хромосомы человека Каждая линия соответствует появлению мутации Даты, тыс. лет назад, указывают распространение этих мутаций (и маркированных ими линий) в популяциях. A> BP - ancestral for all men E - step to Eurasia BPN3 - N Eurasia,

7

8 Относительные частоты европейских и азиатских линий у народов европейской части России

9 Пути распространения генетических линий проходят через популяции, а не через горы и долины. Чтобы «привязать» линии к географическим точкам, необходимо исследовать ДНК из древних останков. Нужны 3-мерные карты

10 Пути распространения генетических линий проходят через популяции, а не через горы и долины. Чтобы «привязать» линии к географическим точкам, необходимо исследовать ДНК из древних останков.

11 Haak et al., Science 2005 мтДНК гаплогруппа N1a - у 25% земледельцев LBK - у 0.2% современного населения той же территории

12 Haak et al., Science 2005 мтДНК Медианная сеть для гаплогруппы N1a Ц.Азия Европа Африка и Ю.Азия В Центральной Азии N1a живет не менее 2500 лет, так как найдена в скифо- сибирском захоронении на Алтае (Ricaut et al., 2004)

13 Созданы и интенсивно развиваются глобальные генетические базы

14 The Genographic Project, launched on April 13, 2005 by the National Geographic Society and IBM, is a multi-year genetic anthropology study that aims to map historical human migration patterns by collecting and analyzing DNA samples from hundreds of thousands of people from around the world.National Geographic SocietyIBM migration DNA Сайт «Генофонд.ру» российских участников проекта «Генографик» (О.П. и Е.В.Балановские)

15 Одна из крупнейших баз данны по разнообразию гаплогрупп мтДНК и Y-хромосомы создана в Тарту под руководством Рихарда Виллемса

16 Чтобы сравнивать генетические и археологические данные нужны электронные атласы и базы данных, описывающие первичные археологические данные и их обобщения. Такие атласы пока только начали создаваться

17 Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

18 Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

19 Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

20 Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

21 в Месопотамии появились исторические записи Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

22 письменная культура в Греко-Романском мире и Китае Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

23 письменность распространена почти во всей Евразии Peter N. Peregrine Atlas of Cultural Evolution 2003 World Cultures 14(1): 2-88 Department of Anthropology, Lawrence University, Appleton, WI

24 R.King, P. Underhill Antiquity : Частый пример: сравнение распространения определенной гаплогруппы Y-хромосомы и определенного типа расписной керамики

25 ГЛОБАЛЬНОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ И АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ: базы данных, генетические и арехологические атласы и программы картирования могут быть решены вопросы о распространении культур с установленными по генетическим данным волнам расселения, о связи отдаленных арехеологических культур, получены данные закономерностях межпоколенной передачи особенностей культуры. Генетики могу получить более надежные «реперные точки» для своих датировок.

26 СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ И ЛИНВИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ: СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ И ЛИНВИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ: история и закономерности распространения языков

27 ...

28 Мировое древо языков. Древо составлено А.Ю.Милитаревым по результатам подсчетов и представлений группы С.А. Старостина на сегодняшний день.

29 Сергей Анатольевич СТАРОСТИН

30 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА не только история расселения, но и история изменения частот аллелей генов, важных для адаптации

31 From: Times Atlas of Archaeology, p лет назад 1500 н.э население мира: 10 млн охотники-собиратели: 100% население мира: 350 млн охотники-собиратели: 1% население мира: млн охотники-собиратели: 0.001%

32 Çatal Hüyük Times Atlas of Archaeology, p.82 Реконструкция ближневосточного ранне- земледельческого поселения Чаттал- Хеюк, 7000 лет до н.э. Земледельцы перешли к оседлому образу жизни Снижение продолжительности жизни, роста, показателей здоровья СМЕНА ТИПА ПИТАНИЯ РОСТ ЧАСТОТЫ ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ: рост плотности населения; новые источники инфекций при одомашнивании животных, развитии технологий хранения продуктов

33 Пример из учебника –усвоение молока Хозяйственно-культурные особенности Отражение развития молочного животноводства в генах людей и коров

34 НЕПЕРЕНОСИМОСТЬ МОЛОКА И АКТИВНОСТЬ ГЕНА ЛАКТАЗЫ 100% 85% 2% Подростки Взрослые Финны Японцы Активность лактазы

35 ЧАСТОТА НЕПЕРЕНОСИМОСТИ МОЛОЧОГО САХАРА (АЛЛЕЛЬ ГЕНА ЛАКТАЗЫ LAC*R) Козлов А.И., Балановски О.П., Нурбаев С.Д., Балановская Е.В. Голландцы, датчане 70% Южная Европа и Ближний Восток 60-80%

36 Самое большое разнообразие казеинов молока у коров (т.е. где их интенсивно разводили) там же, где самая высокая частота персистенции лактазы у людей. PC1 – разнообразие казеинов молока у коров Beja-Pereira et al., Gene-culture coevolution between cattle milk protein genes and human lactase genes // Nature Genetics 35, (2003) Ранние неолит. животноводы

37 J. Burger, M. Kirchner, B. Bramanti, W. Haak, M. G. Thomas. Absence of the lactase- persistence-associated allele in early Neolithic Europeans PNAS : Оценка возраста аллеля С/T (по другим данным ) Скотоводство в Европе лет назад НЕОЛИТИЧЕСКИ СКЕЛЕТЫ: судя по анализам ДНК, их обладатели молоко пить не могли

38 Генетический анализ с/х животных и растений позволяет установить время и регионы одомашнивания и пути распространения связанных с этим хозяйственно- культурных инноваций. Сопоставление результатов с волнами миграций человека позволяет выявить способы распространения культурных инноваций

39 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА не только история расселения, но и история изменения частот аллелей генов, важных для адаптации

40 В реконструкции популяционно- демографической истории человека и его миграций генетики используют нейтральные признаки, различающие популяции. Приспособление к природной и антропогенной среде ведет к дивергенции популяций по адаптивным признакам

41 СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ: Сравнительный анализ генетических характеристик представителей современных обществ разных типов Исследования древней ДНК ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ: Понимание взаимодействия генов и среды, в том числе антропогенной Выявление изменения адаптивной ценности аллелей в разных условиях среды и при разных жизненных стилях Выработка рекомендаций по подбору оптимальных условий среды для конкретных генотипов => профилактика мультифакторных заболеваний

42 НЕОБХОДИМО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ: Базы данных частот аллелей и генотипов Детальные характеристики среды, характера питания и жизненного стиля (этнографические описания)

43 Генетические базы данных частот аллелей есть и интенсивно развиваются

44 А КАК ОБСТОИТ ДЕЛО С ЭТНОГРАФИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ?

45 Encyclopedia of World Cultures David Levinson (Ed.) MacMillan Reference Books 1991, с. (10 томов) 1500 народов Народы и религии мира Гл. ред. В.А. Тишков. "Большая Российская энциклопедия", М., с статей о народах Ethnographic Atlas George Peter Murdock Ethnology, народов по 100 параметрам файл SPSS ~ 800 кБ -Тексты- Электронная база данных

46 - народы СССР в Аласе - другие народы - народы в данном проекте Map of 1267 societies in Murdock's Ethnographic Atlas. 30 societies of former Soviet Union are presented among them. Мы добавили описания еще 60 обществ Коротаев, Боринская и др.

47 Gathering Marital Composition All variables are presented in coded form and can be used for statistic analysis Variable description in Murdocks Ethnographic Atlas Примеры описания переменных в Этнографическом атласе Мердока

48 Hunting >15% >5% Data from Murdocks Ethnographic Atlas Chukchee Yakuts Baga Koryak Zulu Japanese Russians Druze У охотников-собирателей редко встречаются нарушения цветового зрения Вклад охоты в питание (19 этнических групп, по Рычков и др., 2000) Популяционная частота нарушений цветового зрения Пример корреляционного анализа популяционно-генетических и этнографических данных

49 ADH1B*48Arg ADH1B*48His Алкогольдегидрогеназа Альдегиддегидрогеназа Европа: Восточная Азия: ALDH2* 504Glu ALDH2* 504Lys Гены ADH1B и ALDH2, кодирующе ферменты метаболизма алкоголя, полиморфны. Вариант ADH1B*48His кодирует высокоактивный фермент. ALDH2*504Lys кодирует каталитически неактивную субъединицу Borinskaya et al., AJHG 2009 Li, Borinskaya et al., AHG 2009 Географическое распределение частот аллелей ADH1B*48His ALDH2*504Lys Еще волнующий пример

50 Предполагается, что частота аллеля ADH1B*48His выросла в популяциях Юго- Восточной Азии под действием отбора Анализ гаплотипов Han et al., Evidence of Positive Selection on a Class I ADH Locus. AJHG 2007 Fst и long-range haplotype (LRH, тест, показывающий быстрое увеличение частоты гаплотипа, которое может быть результатом недавнего в эволюционных масштабах позитивного отбора) В одних и тех же популяциях возросли частоты производных аллелей генов, находящихся на разных хромососмах и контролирующих один этап метаболизма – накопление ацетальдегида при оксилении алкоголя ADH1B (4q22) и ALDH2 (12q24), Факторы отбора не известны волнующий пример

51 Генетический анализ распространения патогенов человека – чем болели в прошлом

52 Hedrick, Varelli, TIG2006 Modern Germany (346) Bronze Age (17) Устойчивость к инфекциям: Частота варианта гена CCR5delta32 в Европе от 3000 лет назад до современности Modern Italy (100)

53 Cultural variation in Africa: role of mechanisms of transmission and adaptation. PNAS (16): Guglielmino CR, Viganotti C, Hewlett B, Cavalli-Sforza LL. Cultural inheritance can be considered as a mechanism of adaptation made possible by communication, which has reached its greatest development in humans and can allow long- term conservation or rapid change of culturally transmissible traits depending on circumstances and needs. Conservativeness/flexibility is largely modulated by mechanisms of sociocultural transmission. An analysis was carried out by testing the fit of three models to 47 cultural traits (classified in six groups) in 277 African societies. Model A (demic diffusion) is conservation over generations, as shown by correlations of cultural traits with language, used as a measure of historical connection. Model B (environmental adaptation) is measured by correlation to the natural environment. Model C (cultural diffusion) is the spread to neighbors by social contact in an epidemic-like fashion and was tested by measuring the tightness of geographic clustering of the traits. Most traits examined, in particular those affecting family structure and kinship, showed great conservation over generations, as shown by the fit of model A. They are most probably transmitted by family members. This is in agreement with the theoretical demonstration that cultural transmission in the family (vertical) is the most conservative one. Some traits show environmental effects, indicating the importance of adaptation to physical environment. Only a few of the 47 traits showed tight geographic clustering indicating that their spread to nearest neighbors follows model C, as is usually the case for transmission among unrelated people (called horizontal transmission). ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ИССЛЕДОВАНИИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КУЛЬТУРНОЙ ЭВОЛЮЦИИ: какие характеристики общества наследуются от предков, какие зависят от экологических условий, какие передаются при контактах с соседями Лингвистическое родство использовали как маркер родства по происхождению, что не для всех случаев верно. Генетические данные по исследованным группам были недоступны

54 Человечество участвует в двух эволюциях - биологической и культурной. И они не независимы, а взаимозависимы. Они могут быть поняты только как компоненты единой системы. Ф.Добжанский Theodore Dobzhansky Mankind Evolving (1962)

55 СПАСИБО, ЧТО ТАК ТЕРПЕЛИВО МЕНЯ СЛУШАЛИ !