Проблемы изучения направленного естественного отбора у человека

В обзоре описаны основные методы оценки направленного отбора в популяциях человека. В их числе биоинформатический анализ последовательностей ДНК, основанный на выявлении неравновесия по сцеплению и отклонения от случайного распределения частот генетических вариантов; демографические и антропометрические исследования, заключающиеся в поиске корреляции рождаемости с фенотипическими признаками; полногеномные оценки ассоциаций фертильности с генетическими локусами и полигенными индексами, а также сравнение частот аллелей между поколениями (как в современных выборках, так и в полученных из захоронений ДНК). Каждый из этих подходов имеет свои ограничения и применим к разным периодам эволюции Homo sapiens. Основными источниками ошибок в таких исследованиях считаются стратификация выборок, ограниченное число исследований на неевропеоидном населении, невозможность полного сопоставления найденных ассоциаций и функционально значимых каузативных вариантов, а также сложность учета всех негенетических факторов, определяющих фертильность в современных популяциях. Полученные с помощью разных методов результаты свидетельствуют о том, что направление адаптации человека к новым для него пищевым продуктам не меняется в ходе эволюции с неолита; многие из вариантов генов иммунитета, ассоциированных в современных популяциях с воспалительными и аутоиммунными заболеваниями, подверглись положительному отбору в период последних 2–3 тыс. лет в связи с распространением бактериальных и вирусных инфекций. По некоторым генетическим вариантам и полигенным признакам показана смена направления естественного отбора на территории Европы, среди них связанные с иммунным ответом и когнитивными способностями. Анализ корреляции фертильности и уровня образования дает противоречивые результаты. В современных популяциях в большей степени, чем ранее, наблюдается отбор по вариантам генов, отвечающих за социальную адаптацию и поведенческие фенотипы. В том числе в нескольких работах показана положительная корреляция фертильности с полигенными индексами синдрома дефицита внимания/гиперактивности.

1. Abdellaoui A., Hugh-Jones D., Yengo L., Kemper K.E., Nivard M.G., Veul L., Holtz Y., Zietsch B.P., Frayling T.M., Wray N.R., Yang J., Verweij K.J.H., Visscher P.M. Genetic correlates of social stratification in Great Britain. Nat. Hum. Behav. 2019;3(12):1332­1342. DOI: 10.1038/s41562-019-0757-5.

2. Abondio P., Cilli E., Luiselli D. Inferring signatures of positive selection in whole­genome sequencing data: an overview of haplotype­based methods. Genes. 2022;13(5):926. DOI: 10.3390/genes13050926.

3. Arkhangelskiy V.N., Shulgin S.G., Zinkina Yu.V. Reproductive behavior of Russian women as depending on their level of education. Vestnik Rossiyskogo Universiteta Druzhby Narodov. Seriya: Sotsiologiya = RUDN Journal of Sociology. 2020;20(3):546­559. DOI: 10.22363/2313-2272-2020-20-3-546-559. (in Russian)

4. Arkhangelskiy V.N., Rostovskaya T.K., Vasilieva E.N. Influence of the standard of living on the reproductive behavior of Russians: gender aspect. Zhenshchina v Rossiyskom Obshchestve = Woman in Russian Society. 2021;Spec.iss.:3-24. DOI: 10.21064/WinRS.2021.0.1. (in Russian)

5. Arner A.M., Grogan K.E., Grabowski M., Reyes­Centeno H., Perry G.H. Patterns of recent natural selection on genetic loci associated with sexually differentiated human body size and shape phenotypes. PLoS Genet. 2021;17(6):e1009562. DOI: 10.1371/journal.pgen.1009562.

6. Balbo N., Billari F.C., Mills M. Fertility in advanced societies: a review of research: La fécondité dans les sociétés avancées: un examen des recherches. Eur. J. Popul. 2013;29(1):1-38. DOI: 10.1007/s10680012­9277­y.

7. Barban N., Jansen R., de Vlaming R., Vaez A., Mandemakers J.J., Tropf F.C., Shen X., Wilson J.F., Chasman D.I., Nolte I.M., … Lee J.J., Benjamin D.J., Cesarini D., Koellinger P.D., den Hoed M., Snieder H., Mills M.C. Genome-wide analysis identifies 12 loci influencing human reproductive behavior. Nat. Genet. 2016;48(12): 1462-1472. DOI: 10.1038/ng.3698.

8. Beauchamp J.P. Genetic evidence for natural selection in humans in the contemporary United States. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016; 113(28):7774-7779. DOI: 10.1073/pnas.1600398113.

9. Boutwell B., Hinds D.; 23andMe Research Team; Tielbeek J., Ong K.K., Day F.R., Perry J.R.B. Replication and characterization of CADM2 and MSRA genes on human behavior. Heliyon. 2017;3(7):e00349. DOI: 10.1016/j.heliyon.2017.e00349.

10. Byars S.G., Ewbank D., Govindaraju D.R., Stearns S.C. Colloquium papers: natural selection in a contemporary human population. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010;107(Suppl.1):1787-1792. DOI: 10.1073/pnas.0906199106.

11. Charpin D., Gouitaa M. Why is the prevalence of allergic diseases increasing? A critical assessment of some classical risk factors. Mediators Inflamm. 2001;10(6):292-294. DOI: 10.1080/09629350152700920.

12. Cohen A., Dehejia R., Romanov D. Financial incentives and fertility. Rev. Econ. Stat. 2013;95(1):1-20. DOI: 10.1162/REST_a_00342.

13. Demontis D., Walters R.K., Martin J., Mattheisen M., Als T.D., Agerbo E., Baldursson G., Belliveau R., Bybjerg-Grauholm J., BækvadHansen M., … Werge T., Mors O., Mortensen P.B., Daly M.J., Faraone S.V., Børglum A.D., Neale B.M. Discovery of the first genome- wide significant risk loci for attention deficit/hyperactivity disorder. Nat. Genet. 2019;51(1):63-75. DOI: 10.1038/s41588-018-0269-7.

14. Fieder M., Huber S. Contemporary selection pressures in modern societies? Which factors best explain variance in human reproduction and mating? Evol. Hum. Behav. 2022;43(1):16-25. DOI: 10.1016/j.evolhumbehav.2021.08.001.

15. Field Y., Boyle E.A., Telis N., Gao Z., Gaulton K.J., Golan D., Yengo L., Rocheleau G., Froguel P., McCarthy M.I., Pritchard J.K. Detection of human adaptation during the past 2000 years. Science. 2016;354(6313):760-764. DOI: 10.1126/science.aag0776.

16. Grossman S.R., Andersen K.G., Shlyakhter I., Tabrizi S., Winnicki S., Yen A., Park D.J., Griesemer D., Karlsson E.K., Wong S.H., Cabili M., Adegbola R.A., Bamezai R.N., Hill A.V., Vannberg F.O., Rinn J.L.; 1000 Genomes Project; Lander E.S., Schaffner S.F., Sabeti P.C. Identifying recent adaptations in large­scale genomic data. Cell. 2013;152(4):703-713. DOI: 10.1016/j.cell.2013.01.035.

17. Hugh-Jones D., Abdellaoui A. Human capital mediates natural selection in contemporary humans. Behav. Genet. 2022;52(4­5):205­234. DOI: 10.1007/s10519-022-10107-w.

18. Kerner G., Laval G., Patin E., Boisson­Dupuis S., Abel L., Casanova J.L., Quintana-Murci L. Human ancient DNA analyses reveal the high burden of tuberculosis in Europeans over the last 2,000 years. Am. J. Hum. Genet. 2021;108(3):517-524. DOI: 10.1016/j.ajhg.2021.02.009.

19. Klunk J., Vilgalys T.P., Demeure C.E., Cheng X., Shiratori M., Madej J., Beau R., Elli D., Patino M.I., Redfern R., DeWitte S.N., Gamble J.A., Boldsen J.L., Carmichael A., Varlik N., Eaton K., Grenier J.C., Golding G.B., Devault A., Rouillard J.M., Yotova V., Sindeaux R., Ye C.J., Bikaran M., Dumaine A., Brinkworth J.F., Missiakas D., Rouleau G.A., Steinrücken M., Pizarro-Cerdá J., Poinar H.N., Barreiro L.B. Evolution of immune genes is associated with the Black Death. Nature. 2022;611(7935):312­319. DOI: 10.1038/s41586-022-05349-x.

20. Kong A., Frigge M.L., Thorleifsson G., Stefansson H., Young A.I., Zink F., Jonsdottir G.A., Okbay A., Sulem P., Masson G., Gudbjartsson D.F., Helgason A., Bjornsdottir G., Thorsteinsdottir U., Stefansson K. Selection against variants in the genome associated with educational attainment. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017;114(5): E727-E732. DOI: 10.1073/pnas.1612113114.

21. Kuijpers Y., Domínguez-Andrés J., Bakker O.B., Gupta M.K., Grasshoff M., Xu C.J., Joosten L.A.B., Bertranpetit J., Netea M.G., Li Y. Evolutionary trajectories of complex traits in European populations of modern humans. Front. Genet. 2022;13:833190. DOI: 10.3389/fgene.2022.833190.

22. Lewandowska M., Jędrychowska-Dańska K., Płoszaj T., Witas P., Zamerska A., Mańkowska-Pliszka H., Witas H.W. Searching for signals of recent natural selection in genes of the innate immune response – ancient DNA study. Infect. Genet. Evol. 2018;63:62­72. DOI: 10.1016/j.meegid.2018.05.008.

23. Marnetto D., Pankratov V., Mondal M., Montinaro F., Pärna K., Vallini L., Molinaro L., Saag L., Loog L., Montagnese S., Costa R.; Estonian Biobank Research Team; Metspalu M., Eriksson A., Pagani L. Ancestral genomic contributions to complex traits in contemporary Europeans. Curr. Biol. 2022;32(6):1412­1419.e3. DOI: 10.1016/j.cub.2022.01.046.

24. Mathieson I., Terhorst J. Direct detection of natural selection in Bronze Age Britain. Genome Res. 2022;32(11­12):2057­2067. DOI: 10.1101/gr.276862.122.

25. Mathieson I., Lazaridis I., Rohland N., Mallick S., Patterson N., Roodenberg S.A., Harney E., Stewardson K., Fernandes D., Novak M., Sirak K., Gamba C., Jones E.R., Llamas B., Dryomov S., Pickrell J., Arsuaga J.L., de Castro J.M., Carbonell E., Gerritsen F., Khokhlov A., Kuznetsov P., Lozano M., Meller H., Mochalov O., Moiseyev V., Guerra M.A., Roodenberg J., Vergès J.M., Krause J., Cooper A., Alt K.W., Brown D., Anthony D., Lalueza­Fox C., Haak W., Pinhasi R., Reich D. Genome­wide patterns of selection in 230 ancient Eurasians. Nature. 2015;528(7583):499­503. DOI: 10.1038/nature16152.

26. Mathieson I., Day F.R., Barban N., Tropf F.C., Brazel D.M.; eQTLGen Consortium; BIOS Consortium; Vaez A., van Zuydam N., Bitarello B.D., … Zhao W., Zhao Y., Snieder H., den Hoed M., Ong K.K., Mills M.C., Perry J.R.B. Genome-wide analysis identifies genetic effects on reproductive success and ongoing natural selection at the FADS locus. Nat. Hum. Behav. 2023;7(5):790-801. DOI: 10.1038/s41562­023­01528­6.

27. Mikhailova S.V., Ivanoshchuk D.E., Yushkevich E.A., Bairqdar A., Anisimenko M.S., Shcherbakova L.V., Denisova D.V., Orlov P.S. Prevalence of common alleles of some stress resilience genes among adolescents born in different periods relative to the socioeconomic crisis of the 1990s in Russia. Curr. Issues Mol. Biol. 2022;45(1):5165. DOI: 10.3390/cimb45010004.

28. Mills M.C., Mathieson I. The challenge of detecting recent natural selection in human populations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2022; 119(15):e2203237119. DOI: 10.1073/pnas.2203237119.

29. Mitteroecker P., Huttegger S.M., Fischer B., Pavlicev M. Cliff-edge model of obstetric selection in humans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016;113(51):14680-14685. DOI: 10.1073/pnas.1612410113.

30. Palamara P.F., Terhorst J., Song Y.S., Price A.L. High-throughput inference of pairwise coalescence times identifies signals of selection and enriched disease heritability. Nat. Genet. 2018;50(9):1311­1317. DOI: 10.1038/s41588-018-0177-x.

31. Pankratov V., Yunusbaeva M., Ryakhovsky S., Zarodniuk M.; Estonian Biobank Research Team; Yunusbayev B. Prioritizing autoimmunity risk variants for functional analyses by fine-mapping mutations under natural selection. Nat. Commun. 2022;13(1):7069. DOI: 10.1038/s41467-022-34461-9.

32. Raj T., Kuchroo M., Replogle J.M., Raychaudhuri S., Stranger B.E., De Jager P.L. Common risk alleles for inflammatory diseases are targets of recent positive selection. Am. J. Hum. Genet. 2013;92(4): 517-529. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.03.001.

33. Reeve C.L., Heeney M.D., Woodley of Menie M.A. A systematic review of the state of literature relating parental general cognitive ability and number of offspring. Pers. Individ. Differ. 2018;134:107118. DOI: 10.1016/j.paid.2018.05.036.

34. Saklayen M.G. The global epidemic of the metabolic syndrome. Curr. Hypertens. Rep. 2018;20(2):12. DOI: 10.1007/s11906-0180812­z.

35. Sanjak J.S., Sidorenko J., Robinson M.R., Thornton K.R., Visscher P.M. Evidence of directional and stabilizing selection in contemporary humans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018;115(1):151­156. DOI: 10.1073/pnas.1707227114.

36. Schork A.J., Peterson R.E., Dahl A., Cai N., Kendler K.S. Indirect paths from genetics to education. Nat. Genet. 2022;54(4):372­373. DOI: 10.1038/s41588-021-00999-5.

37. Sohail M., Maier R.M., Ganna A., Bloemendal A., Martin A.R., Turchin M.C., Chiang C.W., Hirschhorn J., Daly M.J., Patterson N., Neale B., Mathieson I., Reich D., Sunyaev S.R. Polygenic adaptation on height is overestimated due to uncorrected stratification in genome­wide association studies. eLife. 2019;8:e39702. DOI: 10.7554/eLife.39702.

38. Song W., Shi Y., Wang W., Pan W., Qian W., Yu S., Zhao M., Lin G.N. A selection pressure landscape for 870 human polygenic traits. Nat. Hum. Behav. 2021;5(12):1731-1743. DOI: 10.1038/s41562021­01231­4.

39. Speidel L., Forest M., Shi S., Myers S.R. A method for genome­wide genealogy estimation for thousands of samples. Nat. Genet. 2019; 51(9):1321-1329. DOI: 10.1038/s41588-019-0484-x.

40. Suvorov A. Population numbers and reproductive health. Endocrinology. 2021;162(11):bqab154. DOI: 10.1210/endocr/bqab154.

41. Testa M.R. On the positive correlation between education and fertility intentions in Europe: individual­ and country­level evidence. Adv. Life Course Res. 2014;21:28-42. DOI: 10.1016/j.alcr.2014.01.005.

42. Tropf F.C., Stulp G., Barban N., Visscher P.M., Yang J., Snieder H., Mills M.C. Human fertility, molecular genetics, and natural selection in modern societies. PLoS One. 2015;10(6):e0126821. DOI: 10.1371/journal.pone.0126821.

43. Turner N., Robbins K. Association between county­level natality and income in the US, 2000–2020. JAMA Pediatr. 2023;177(2):198­202. DOI: 10.1001/jamapediatrics.2022.4814.

44. Wolf E., Sonenklar N., Schefft M., Haskell H., James J. Is there evidence of ADHD overdiagnosis in children? Am. Fam. Physician. 2023;107(3):292­296.

45. Wu Y., Furuya S., Wang Z., Nobles J.E., Fletcher J.M., Lu Q. GWAS on birth year infant mortality rates provides evidence of recent natural selection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2022;119(12):e2117312119. DOI: 10.1073/pnas.2117312119.

46. Yasumizu Y., Sakaue S., Konuma T., Suzuki K., Matsuda K., Murakami Y., Kubo M., Palamara P.F., Kamatani Y., Okada Y. Genomewide natural selection signatures are linked to genetic risk of modern phenotypes in the Japanese population. Mol. Biol. Evol. 2020; 37(5):1306-1316. DOI: 10.1093/molbev/msaa005.

47. Zeidan J., Fombonne E., Scorah J., Ibrahim A., Durkin M.S., Saxena S., Yusuf A., Shih A., Elsabbagh M. Global prevalence of autism: a systematic review update. Autism Res. 2022;15(5):778­790. DOI: 10.1002/aur.2696.