ДИАЛОГ 2. Чем занимается каждая из этих областей — популяционная генетика и генетическая генеалогия?

На тот же самый вопрос, что и в первом диалоге, отвечают два известных представителя этих областей — Олег Балановский и Вадим Веренич. Мы надеемся, что взгляд на одну и ту же тему с четырех разных сторон поможет увидеть нам ее объемнее. В следующих диалогах на нашем сайте все четверо продолжат обсуждать общую тему — что же объединяет и что разъединяет популяционную генетику и генетическую генеалогию?

Что такое «популяционная генетика»?

Олег Балановский

Эта область науки существует уже без малого сотню лет (сформировалась в первой половине XX века) и ее сфера достаточно четко очерчена. Причем она не только теоретически очерчена, но и практически видна просто из рассмотрения всего множества работ популяционных генетиков. Популяционная генетика изучает прежде всего генетический состав популяций, во вторую очередь — причины его изменения, а в третью – приложения этих данных к выяснению истории популяции и связанных с ней междисциплинарных вопросов.

Первая область – описательная: каков генофонд. Генетический состав – это весь наследуемый генетический материал (попросту, вся ДНК), который только есть в геномах членов популяции. Но если полностью секвенировать геном каждого члена популяции, то совокупность этих файлов еще не будет описанием генофонда. А только сырым материалом для него. Описанием же будут сначала классические параметры: доля полиморфных локусов (генов), частота аллеля (для гаплоидных систем вместо «аллель» стало принято говорить «гаплогруппа»), внутрипопуляционное разнообразие (гетерозиготность).

ТРИ СМЫСЛА «ГЕНА»

Кстати, надо пояснить, что термин «ген» используется как минимум в трех смыслах. Самое широкое понимание: ген – это любой участок ДНК, совершенно любой, в том числе как кодирующий, так и ничего не кодирующий. Такое широкое значение не слишком удобно, и специалисты используют... «ген» в этом значении только для краткости и понятности (например, скажи «сайт» вместо «ген», и иная аудитория поймет как сайт в интернете, а не как сайт в ДНК). Но между собой генетики для обозначения любого участка предпочитают говорит «сайт» или «локус». Второе понимание термина «ген» — это та конкретная последовательность нуклеотидов, которая находится в данном участке ДНК (она ведь может быть разная у разных людей). В этом смысле «ген» означает то же, что и «аллель». Но и это не вполне удобно, потому что когда говорят «локус» и «аллель», тогда сразу ясно, идет речь о «месте» на хромосоме (локус) или о том, что находится на этом месте (аллель), а «ген» может означать и то, и другое. Наконец, «ген» в узком смысле — это функционально активный и структурно целостный участок ДНК, кодирующий какой-либо белок (строго говоря, генетики затрудняются дать универсальное определение гена, но тем не менее понимают, что это такое).

читать далее

ДРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ

Генетический состав популяции характеризуют и по степени ее подразделенности на субпопуляции, и по интенсивности миграций, и по частоте возникновения мутаций и по многим более сложным параметрам. Если же речь идет о крупных популяциях (например, население целых континентов),... то тут уже перечень параметров, по которым можно описывать генофонд, становится еще больше и среди них важное место занимает описание того, как генетическая изменчивость упорядочена внутри этого ареала –с помощью карт, или графиков главных компонент, или деревьев родства популяций, или соотношений предковых компонентов, или…

читать далее

Надо отметить, что популяционная генетика – наиболее математизированная область всей биологии, причем настолько, что развитие статистики и ряда других областей математики было (отчасти и остается) тесно связанным с развитием популяционной биологии, так что многие видные ученые (Фишер, Пирсон, Колмогоров и иные) работали одновременно в обеих сферах.

К описанию генофонда относится и подробное описание разнообразие отдельных генов в популяциях. Это когда не популяция описывается по многим генам, а описывается разнообразие гена во многих популяциях. Как правило, этим имеет смысл заниматься, когда в гене много аллелей. Поэтому большинство таких работ проводится по гаплогруппам мтДНК и Y-хромосомы – там число аллелей измеряется тысячами, — но также и для фрагментов Х-хромосомы и аутосомных хромосом – там, где они почти не разбиваются рекомбинацией. Да, в конце концов, и описание разнообразия групп крови системы AB0 в населении мира тоже являются описаниями гена, а не популяции. Обилие данных по мтДНК и Y-хромосоме стимулировало разработку методов генетических датировок – имею в виду датировки не популяционных событий (этим занимались и раньше), а датировку скорее событий мутационных – возникновения новых аллелей. Эта как раз та часть популяционной генетики, которая в наибольшей степени взята на вооружение генетическими генеалогами и разрабатывается сейчас и ими тоже.

Вторая область – теоретическая: почему генофонд такой. Еще в первой половине XX века открыли четыре причины, по которым могут изменяться генофонды: мутации, миграции, дрейф генов и естественный отбор – и за все последующие годы никакой пятой причины никому открыть не удалось. Но как из всего четырех букв-нуклеотидов природа собирает множество непохожих друг на друга геномов, так и четырьмя причинами-факторами микроэволюции природа лепит множество непохожих друг на друга генофондов. И разработка моделей, описывающих, какой генофонд получится при таком или ином сочетании факторов – интереснейшая область. Но поскольку любая модель проверяется практикой, то эта теоретическая область тесно смыкается с первой областью – описанием генофондов. И наоборот тоже верно – редко в какой статья по популяционной генетике дается голое описание генофонда без попыток объяснить, почему он такой (а если такие статьи и бывают, то почти всегда они написаны не популяционными генетиками, а например, криминалистами, которых причины такой структуры генофонда не интересуют, а нужно лишь подсчитать практически важные для них параметры вроде уровня полиморфизма, гетерозиготности и т.д.).

Третья область – применения данных популяционной генетики к выяснению истории популяции. А история популяций человека – область, интересная очень многим людям и очень многим наукам, поэтому здесь популяционные генетики выходят им навстречу, решая те вопросы, которые являются совместным полем сразу многих наук о человеке. Например, место прародины человечества, пути первоначального расселения по планете и последующих миграций. Или происхождение какого-то конкретного народа. Или генетические механизмы адаптации популяций к тому климату где они живут. И таких сфер – множество.

Важно, что пока популяционная генетика работает «вовнутрь» (описание генофонда его объяснение), она контактирует разве что с математиками (в последние годы – и с генетическими генеалогами), которые понимают ее язык. Но работая «вовне» — для решения междисциплинарных вопросов — генетики сталкиваются с тем, что специалисты в этих смежных областях не знают понятий, естественных для генетиков, и напротив, сами часто не понимают языка лингвистов, археологов или этнологов.

Впрочем, разделение на три сферы полезно, но условно. Практически в любом исследовании по популяционной генетике (по крайней мере, по популяциям человека) тесно переплетены и описание генофонда, и рассуждения о вероятных причинах, которые его таким сделали, и попытки реконструировать историю популяции.

Вадим Веренич

Я думаю, что нет особой надобности подробно останавливаться на отличительных особенностях популяционной генетики, поскольку эта область науки имеет четкие дисциплинарные границы, c четко определенной областью исследований, с ясным и четким понятийным аппаратом и набором отработанных на практике методов изучения популяционных особенностей, например подразделенность этнической популяции на кластеры с разными частотами аллельных вариантов одного и того же гена. В задачу популяционной генетики в числе прочего входит определение причин присутствия в генофонде подобной подразделенности (например, в результате смешивания в прошлом гетерогенных групп населения, или как следствие эффекта Вахлунда.

На самом деле, ядро популяционной генетики как единый комплекс научно мотивированных методов и приемов исследования генофондов популяции восходит к старым работам Фишера, Харди, Вайнберга, Нея и ряда других видных генетиков.

В этом смысле современная популяционная генетика имеет приличную предысторию. Наряду с возрастом немаловажную роль играет академическая институлизация этой области знания, в биологических центрах значительно количества международных ВУЗ-ов, популяционной генетике отводятся если отделения, а иногда и целые институты факультета. Данное обстоятельство свидетельствует как о важности и полезности популяционной генетики, так и общественном признании.

Олег Балановский

Замечательно, что мы полностью совпадаем в том, как понимаем популяционную генетику. Да это и неудивительно, ведь по этой науке давно существуют учебники.

А теперь — что такое «генетическая генеалогия»?

Вадим Веренич

Не вижу особенного резона в противопоставлении популяционной генетики и генетической генеалогии в том же ключе, в каком популяционная генетика иногда противопоставляется медицинской генетике. В отличии от этих научных дисциплин, а также от классической генеалогии (вспомогательной исторической дисциплины), генетическая генеалогия представляет собой интердисциплинарный разноплановый набор методов с нечетким объектом изучения. Кроме того, в генетической генеалогии отсутствует организующее академическое звено, которое бы координировало деятельность исследователей в едином академическом «поле». Поэтому нет смысла проводить четкие границы между строго определенной областью изучения популяционной генетикой и неопределенной сферой интересов генетической генеалогией.

Олег Балановский

А если и по генетической генеалогии появятся учебники, и – предположим – лаборатории, а потом и кафедра в каком-нибудь университете, то не поможет ли это и для «разнопланового набора методов» генетической генеалогии определить объект изучения? Иначе у Вас получается, что это не область знания, а просто объединяющее названия для методов, взятых из других областей знания – что же тогда у генетической генеалогии «своего»?

Вадим Веренич

В русской википедии дается следующее определение «генетической генеалогии» (это условное название, встречаются и синонимические названия, например ДНК-генеалогия или молекулярная генеалогия):

«Генетическая генеалогия использует ДНК-тесты совместно с традиционными генеалогическими методами исследования. Обычно успех традиционных методов целиком зависит от сохранности и существования документов (например, переписных и писцовых книг, ревизских сказок и т. д.). Каждый человек несёт в себе своего рода «биологический документ», который не может быть утерян — это ДНК человека. Методы генетической генеалогии позволяют получить доступ к той части ДНК, которая передаётся неизменной от отца к сыну по прямой мужской линии — Y-хромосоме.ДНК-тест Y-хромосомы позволяет, например, двум мужчинам определить, разделяют ли они общего предка по мужской линии или нет. ДНК-тесты не просто помощь в генеалогических исследованиях — это современный передовой инструмент, который генеалоги могут использовать для того, чтобы установить или опровергнуть родственные связи между несколькими людьми.»

Заслуживает внимание то обстоятельство, что авторами обзорной статьи о генетической генеалогии эта область изучения относится к разделу этногеномики, то есть популяционной генетики. Похоже, что генетическая генеалогия здесь понимается как вспомогательная научная дисциплина по отношению к популяционной генетике. С этим определением сложно согласиться. Сравнительно недавнее появление генетической генеалогии целиком и полностью обязана двум факторам – интересу к собственно генеалогии, и – в еще большой степени – относительной доступностью коммерческих тестов ДНК. Первые упоминания о молекулярной или генетической генеалогии относятся к самому началу XXI века, они встречаются в англоязычной литературе, опубликованной несколькими генеалогами любителями из США. Совершенно очевидно, что генетическая генеалогия появилась именно в США, поскольку значительная часть американцев интересуется своим происхождением, а первые коммерческие компании в области массового ДНК-тестирования были преимущественно американскими.

Олег Балановский

Глядя на сам термин, получается, что это – применение метолов генетики для решения задач генеалогии. А задачи генеалогии известны – реконструировать происхождение отдельных семей (иногда огромных и громко прозвучавших в истории, иногда почти безвестных), и целых кланов.

И понятно, что точные данные по наличию родства и примерные – по степени его отдаленности, которые легко получить современными генетическими методами, для генеалогии очень полезны.

А когда много людей увлеченно работают в какой-то конкретной области, то они много и наработают. Пример – сайт Международного общества генетической генеалогии, куда генетические генеалоги поместили и постоянно обновляют текущее филогенетическое древо Y-хромосомы (www.isogg.org). Это могли бы сделать популяционные генетики, работающие с Y-хромосомой, но их хватало только на что, чтобы обнаруживать новые мутации и раз в несколько лет создавать обновленное древо, а поддерживать ресурс ежемесячно среди генетиков не нашлось энтузиаста. А среди генетических генеалогов, для которых каждая новая ветвь Y-хромосомы может оказаться ключом к решению очередного вопроса, нашлась целая группа энтузиастов, и созданный ими сайт стал использоваться и популяционными генетиками, и по числу ссылок на него в работах популяционных генетиков уступит очень немногим важнейшим для генетиков статьям.

Вадим Веренич

Здесь стоит указать на одно важное и принципиальное отличие. В отличие от большинства популяционных генетиков, которые получили специальное биологическое (или биоинформатическое) образование и имеют научные степени в этой области, практически все генетические генеалоги это люди «со стороны», пришедшие к исследованию генетических данных (тех же маркеров Y-STR, например) с другой стороны. Поэтому их видение и понимание «генетики» зачастую отличается от такового у популяционных генетиков, — частично в силу отсутствия академической полноты познаний в области генетики, частично из-за того, что их интерес к генетике носит сугубо инструментальный характер (изучение биологического происхождения определенного генеалогического рода). Эта первая из причин, которая препятствует установлению диалога.

Олег Балановский

Да, хотя многие работы популяционных генетиков и генетических генеалогов посвящены одним и тем же вопросам, решаемым одними и теми же методами, иникакогоо различия по сути в этих случаях нет. Но можно, конечно говорить о том, кто как делает. Ведь сам стиль исследований популяционных генетиков и генетических генеалогов все-таки разный, во многом вызванный тем, что большинство генетических генеалогов начинали как любители и публикуются в интернете, а большинство генетиков начинали как профессионалы и публикуются в научных журналах. Но это, наверное, тема отдельного разговора).

Вадим Веренич

Есть и еще одна причина различий популяционной генетики и генетической генеалогии – разношерстность публики генетических генеалогов. В отличие от популяционных генетиков, которые, несмотря на возможные расхождения во мнениях, действуют как единая академическая корпорация в рамках единого эпистемологического поля исследований, деятельность генетических генеалогов невозможно по определению привести к общему знаменателю в силу отсутствия четкого консенсуса в том, что именно исследует генетическая генеалогия.

Олег Балановский

Возможно, стоит прийти к такому консенсусу? Или определить несколько сфер, которые будут объединяться понятием «генетическая генеалогия»? Или, напротив, выделить вопросы, которые интересуется специфическое меньшинство, в какую-то область, которой дать отдельное название? Это не просто вопрос о терминах – а вопрос об осмыслении себя и определению своего места в общей структуре научного знания. Я вот пока так и не понял, что Вы лично относите к генетиеской генеалогии – какие именно методы и какое поле исследований.

Вот я сначала понимал генетическую генеалогию как только генеалогию, вооруженную генетическими методами. Но столкнулся с тем, что это правильно только в теории, а на практике оказывается слишком узким. Потому что важное место в работах генетических генеалогов занимают подробные исследования отдельных гаплогрупп – но это, как мы видели, область внутри популяционной генетики. Более того, история популяций человека – вещь настолько интересная, что ни одна область знания, примыкающая к ней, не может удержаться от желания ею заняться. Вот и генетические генеалоги очень много сил уделяют попыткам реконструкции истории популяций разных народов (хотя понятно, что это уже не «генеалогия»). По каким они это делают данным? По генетическим. То есть тут они делают абсолютно то же самое, что и популяционные генетики.

Тут есть три выхода. Первый выход: признать, что когда генетические генеалоги исследуют филогеографию какой-либо гаплогруппы или происхождение какого-либо народа, то они занимаются уже не генеалогией, а популяционной генетикой (и точно так же, когда генетики публикуют исследования по реконструкции какого-либо рода или останкам исторического лица, то они занимаются уже не генетикой, а генетической генеалогией). Второй выход: сказать что генетическая генеалогия – это то, чем занимаются генетические генеалоги, но это на самом деле не выход, потому что ничего не проясняет. И третий выход – не обращать большого внимания на термины, а делать дело, которое, как мы видим, во многом – общее дело и популяционных генетиков, и генетических генеалогов.

Вадим Веренич

Есть и третья причина различий популяционной генетики и генетической генеалогии – разнородность применяемых методов изучения генетического происхождения генеалогических родов, от классических методов филогеографии и этногеномики до совершенно маргинальных и лженаучных методов. Естественно, трудно представить, что без каких-либо организаторских потуг, данную инерцию можно будет исправить в ближайшем будущем. В конце концов, в отличие от генетиков, которые регулярно устраивают конференции и круглые столы с непосредственным обменом мнений, главной средой общения генетических генеалогов является интернет, где методы общения носят гораздо более неформальный характер.

Олег Балановский

Ну, конференции устраивают и генетические генеалоги. Поделюсь своим опытом: в августе прошлого года в Вашингтоне была крупная (вероятно, самая крупная из всех ранее бывших) конференция по генетической генеалогии. Ключевым лектором там был Спенсер Веллс и, поскольку я в этом месяце тоже случился в Вашингтоне, он выделил мне часть своего времени, чтобы и я прочитал лекцию, рассказав о наших исследованиях. Потом я ходил слушал доклады на разных секциях. И меня поразило полное отсутствие не то чтобы противостояния, а даже идеи том, что могут быть какие либо противоречия между популяционной генетикой и генетической генеалогией. Да, большинство докладов были на темы чисто генеалогические и присутствующие популяционные генетики ими не слишком интересовались. Но были и доклады (например, Magoon по дереву Y-хромосомы или Mountain по раскраске фрагментов хромосом, какая от какого предка), вызвавшие большой интерес у генетиков. Я потом спросил одного из коллег – известного американского генетика — как он относится к сообществу генетических генеалогов. Он ответил, что в целом это не является академической наукой (с подтекстом «решает свои прикладные задачи»), но некоторые люди из сообщества очень знающи, а некоторые вещи у них очень интересны. Думаю, если бы спросить генеалогов, как они относятся к генетикам, они ответили бы зеркально – мол, это академическая наука (с подтекстом «наверное, важно, но заумь»), но некоторые генетики очень толковы, а некоторые их результаты исключительно полезны. Может быть, это общепринятая на Западе модель взаимоотношений генетиков и генеалогов друг к другу не помешала бы и нам – понимая отличия друг от друга, понимать и пользу, которую мы друг другу приносим, и то, что хотя и не все, но многие из наших дел являются для нас общими.

Вадим Веренич

Как я уже указывал выше, не вижу особой надобностью в противопоставлении столь трудно сопоставимых (несмотря на некоторую схожесть исследовательских интересов) областей как популяционная генетика и генетическая генеалогия. Но поскольку проблем сопоставимости обусловлена скорее форматом деятельности, нежели содержанием, диалог между популяционными генетиками и генетическими генеалогами возможен.

Более того, целый ряд работ последних лет о Y-гаплогруппах элитных групп и кланов (Рюриковичей, Чингизидов, Меровингов, Капетингов и Плантагенетов), написанных в том числе и при участии генетических генеалогов, проливают новый свет на роль биологического отцовства (а также роль неотцовства) в формировании элитных групп внутри популяции, тем самым давая пищу для размышления представителям других наук – социологам и историкам.

Олег Балановский

Кажется, я Вас понял. Различия не в области исследований — она у генетической генеалогии лежит внутри области популяционной генетики (хотя как тогда быть с происхождением отдельных родов, это ведь не популяционная генетика?), и даже не в методах, а в «формате деятельности». Тогда диалог не только возможен, но необходим. Попробуем продолжить?

От генетической генеалогии – Вадим Веренич, доктор философских наук, Тартусский университет.

От популяционной генетики —  Олег Балановский, д.б.н., рук. лаборатории геногеографии Института общей генетики РАН.