Мэтт Ридли - Геном

• Название: Геном
• Автор: Мэтт Ридли
• Жанр: Биология

Стремительное развитие генетики в последние два десятилетия называют не иначе как революцией. Начиная с 1990-х годов, когда в практику вошли прин­ципиально новые методы исследований ДНК, каждый год приносит больше от­крытий, чем было сделано за все предыдущие годы, начиная со старины Менделя.

Генетика развивается столь стремительно, что уследить за тем, как изменя­ются наши представления о фундаментальных основах жизни и наследствен­ности, не успевает не только широкая публика, но и специалисты. Это порожда­ет массу слухов и домыслов о страшных мутантах, которых коварные ученые штампуют в своих лабораториях, тогда как поразительные открытия новых ме­тодов диагностики и лечения генетических заболеваний, включая рак, остаются незамеченными или непонятыми. Книга Мэтта Ридли очень актуальна. Просто и доступно автор представил историю генетики от первых догадок до ошелом­ляющего прорыва, начавшегося с открытия структуры ДНК Уотсоном и Криком. На английском языке книга вышла в свет в конце 1999 года, в канун нового тыся­челетия. Но эта книга по-прежнему занимает топовые позиции в рейтингах продаж по всему миру. В ней есть то, что не устаревает: дух научных открытий и история генетики, представленная со всем драматизмом споров, дискуссий, озарений одних ученых и черной завистью других.

---

В самом деле, удивительно, что у человека не 24 пары хро­мосом. У шимпанзе 24 хромосомы, столько же у гориллы и орангутанга. Среди человекообразных обезьян мы — исклю­чение. Наиболее неожиданное и очевидное отличие чело­века от человекообразных обезьян, которое можно увидеть под микроскопом, состоит в том, что у нас на одну хромосо­му меньше. Причина, и это сразу же было установлено, не в том, что одна из хромосом затерялась, а в том, что две обе­зьяньи хромосомы в человеческой клетке слились в одну. Хромосома 2, вторая по размеру в геноме человека, появи­лась в результате слияния двух средних хромосом обезьян. Это стало очевидным, когда сравнили чередование темных полосок на хромосоме 2 и на хромосомах обезьян.

В своем пос лании в Академию наук Ватикана 22 октября 1996 года Папа Иоанн Павел II (John-Paul II) писал, что между предковыми формами обезьян и современным че­ловеком лежит «онтологический разрыв» — момент, когда Бог вселил душу в животного предка. Таким образом, ка­толическая церковь нашла способ примириться с теорией эволюции. Вполне вероятно, что онтологический разрыв с животным миром произошел именно тогда, когда слились воедино две хромосомы обезьяны. Значит, гены души долж­ны лежать где-то посредине хромосомы 2.

Тем не менее наш вид нельзя считать вершиной эво­люции. У эволюции вообще нет вершин, и нет такого по­нятия, как эволюционный прогресс. Естественный отбор представляет собой беспрерывный процесс изменения форм живых организмов для достижения оптимального соответствия с текущими физическими и биологическими условиями среды обитания. Бактерии, населяющие горло­вины черных курильщиков — подводных кратеров, извер­гающих едкие газы на дне Атлантического океана, прошли такой же путь эволюции от нашего общего предка Луки, как и банковский клерк, а возможно, и более длинный путь, учитывая несоизмеримо большую скорость размножения.

То, что данная книга посвящена геному человека, не означает, что это самый лучший геном. Хотя, безусловно, человек уникален в этом мире, поскольку у него в голове на­ходится самый сложный компьютер на планете. Но слож­ность сама по себе не является целью эволюции. Все другие виды также уникальны. Тем не менее в этой главе я постара­юсь объяснить, что является отличительной особенностью нашего вида от всех других. Хотя в истории эволюции жиз­ни на Земле главе о возникновении безволосых обезьян в африканской саванне следовало бы отвести всего несколь­ко строк, для нашего вида это событие имело чрезвычайно важное значение. Что же стало отправной точкой, откуда пошло развитие человека?

С точки зрения эволюции человек, безусловно, стал удачным решением. До этого не было ни одного крупного животного, столь плотно населившего Землю. Нас больше 6 млрд, что в сумме дает около 300 млн тонн живого веса. Конкурировать с нами по численности могут только одо­машненные животные — коровы, куры и овцы, а также комменсалы: воробьи и крысы. Как с этим контрастирует число горных горилл, которых осталось не больше тысячи! Даже в те времена, когда человеческая цивилизация не раз­рушала среду их обитания, горных горилл было едва ли в десять раз больше.

Более того, наш вид проявил удивительные способно­сти к заселению самых различных мест обитания. В усло­виях холода и жары, сухости и влажности, высокогорья и низин, вблизи моря и в глубине пустыни — всюду человек находил способ выжить. Из животных, расселившихся по всем континентам, кроме Антарктиды, можно назвать только скопу (Pandion haliaetus), сипуху (Ту to alba) и розовую крачку (Sterna dougallii), да и то эти птицы привязаны лишь к строго определенным местам обитания. Конечно, такой ошеломительный успех таит в себе опасность экологиче­ской катастрофы, которая может произойти довольно ско­ро. Согласитесь, для самого успешного вида мы довольно пессимистичны.

Следует заметить, что нашему успеху предшествовала череда неудач и поражений. Большинство человекообраз­ных обезьян исчезли с лица Земли 15 млн лет тому назад, уступив место другим, более приспособленным обезьянам. Еще до этого, 45 млн лет назад, наш отряд приматов поч­ти полностью был вытеснен со всех мест обитания более успешными грызунами. Предки всех млекопитающих, пер­вые синапсидные тетраподы, 200 млн лет назад проиграли в состязании с динозаврами. 360 млн лет назад кистеперые рыбы проиграли в сражении с лучистыми рыбами, а еще раньше, 500 млн лет назад, в кембрийский период, первые хордовые не выдержали конкуренции с членистоногими, сохранив лишь тупиковую ветвь иглокожих. Мы добились успеха не по воле судьбы, а вопреки ей.

Спустя 4 млрд лет после возникновения Луки появи­лась новая форма жизни, которую Ричард Докинз (Richard Dawkins) назвал машиной выживания, — крупные организ­мы, наделенные телами, состоящими из большого числа клеток. Они намного успешнее справлялись с разворотом физико-химических процессов в сторону меньшей энтро­пии и с репликацией собственных генов. Возникновению этих существ предшествовал длительный период проб и ошибок, процесс, называемый естественным отбором. Триллионы новых тел были построены, опробованы и допущены к продолжению потомства, если они соответ­ствовали все ужесточающимся критериям выживания. На первых этапах конкуренты старались выработать наиболее эффективные биохимические пути метаболизма: лучшим организмом был тот, который наиболее быстро и с наи­меньшими затратами энергии преобразовывал химические соединения окружающей среды в ДНК и белки. Эта фаза продолжалась примерно 3 млрд лет, в течение которых жизнь на Земле представляла собой бесконечную борьбу за выживание между разнообразными амебоподобными суще­ствами. Три миллиарда лет одноклеточные существа жили, рождаясь и умирая день за днем. Казалось бы, достаточно, чтобы реализовать все варианты развития.

Но эволюция на этом не завершилась. Примерно милли­ард лет назад довольно неожиданно возник мир принципи­ально новых многоклеточных организмов. По меркам гео­логических эпох этот всплеск разнообразия, называемый кембрийским взрывом, произошел стремительно, в тече­ние всего 10-20 млн лет. Возникло огромное количество организмов разных форм и размеров: снующие трилобиты длиной до полуметра, слизкие черви еще большей длины, огромные фестончатые водоросли. Одноклеточные орга­низмы все еще преобладали, но крупные и бесконечно раз­нообразные многоклеточные «машины выживания» осваи­вали все новые и новые ниши. В эволюции многоклеточных наметилась стабильная тенденция к усложнению. Хотя в истории Земли было много примеров регресса, в частности, связанного с бомбардированием планеты крупными метео­ритами, искореняющими на какое-то время наиболее разви­тые организмы, в целом животный мир более поздних эпох отличался тем, что предковые формы имели более сложное строение тела. Особенно явно тенденция к усложнению просматривается в эволюции мозга. Мозг становился слож­нее и больше на протяжении всех геологических эпох. У жи­вотных кайнозоя, с наименьшим мозгом, показатели все же превосходили рекордные показатели мезозоя, но средний размер мозга в мезозое был значительно больше, чем у палео­зойских образцов. Эгоистичные гены для удовлетворения своих амбиций нашли способ построения такого тела, кото­рое не только могло выдерживать неблагоприятное воздей­ствие окружающей среды, но и целесообразно действовать. Теперь если над генами нависнет угроза замерзания в зим­нюю пургу, они смогут рассчитывать на то, что созданное ими тело совершит какой-то разумный поступок, например мигрирует на юг или построит укрытие.

От нашего бездыханного прошлого миллиарды лет назад перенесемся в не столь отдаленные дни — на 10 млн лет на­зад. Уже намного позже того, как своего расцвета достигли насекомые, рыбы, динозавры и птицы, на Земле появились существа с самым большим мозгом (относительно массы тела) — человекообразные обезьяны. Доподлинно известно, что в это время по крайней мере два вида человекообразных обезьян обитали в Африке. Хотя не исключено, что их было больше. Одним из этих видов была предковая форма горил­лы, а другой вид являлся общим предком шимпанзе и нас с вами. Предок гориллы поселился на высокогорных скло­нах центральноафриканских вулканов, изолировав себя от остальных человекообразных обезьян. В течение последую­щих 5 млн лет произошло разделение другого вида обезьян на шимпанзе и людей. Это стало известно, потому что дан­ные события запечатлены в нашем геноме.

Еще в 1950 году великий анатом Дж. 3. Янг (J. Z. Yang) мог сомневаться в том, произошли люди от человекообразных обезьян или это была совершенно иная ветвь эволюции приматов, отделившаяся от общего ствола уже 60 млн лет назад. Он не соглашался с другими учеными, которые по­лагали, что орангутанг ближе всего стоит к людям (Yang J. Z. 1950. The life of vertebrates. Oxford University Press, Oxford). Зато теперь мы абсолютно убеждены не только в том, что результатом последнего пересечения с обезьянами был наш общий предок именно с шимпанзе, но мы также знаем, что это разветвление произошло 5-10 млн лет назад. Поскольку мутации в генах происходят с определенной постоянной ча­стотой, сравнивая гены, мы можем точно определить, как давно разделились два вида. Во всех исследованных генах, белках и интронах наблюдаются большие отличия между го­риллой и шимпанзе, чем между шимпанзе и человеком. Эти исследования проводили методом гибридизации, суть кото­рого состоит в том, что чем больше общего между образца­ми ДНК, тем при большей температуре происходит диссо­циация ДНК в растворе.