Читать книгу "Дарвин на отдыхе. Размышляем над теорией эволюции - Жан-Батист де Панафье"

Черепа неандертальца (слева) и современного человека – Homo sapiens (справа)

Сравнение ДНК, извлеченной из костей неандертальцев, с нашей доказало, что в среднем доля неандертальских по происхождению генов у нас составляет 2–4%, но только у неафриканского населения. По мнению исследователей, примерно 50–100 тысяч лет назад происходило скрещивание между европейскими неандертальцами и Homo sapiens, пришедшим из Африки. И поскольку у каждого из нас сохранились разные гены неандертальцев, то в целом в генах современных людей представлено до 20 % изначального генома неандертальцев.

«Часто с уверенностью утверждалось, что происхождение человека не может быть познано, но незнание порождает уверенность заметно чаще, чем знание».

Чарльз Дарвин, 1871

Анализ двинулся дальше и показал, что одни неандертальские гены практически отсутствуют в нашем геноме, тогда как другие встречаются достаточно часто. Можно предположить, что естественный отбор сохранял полезные гены, а остальные уничтожал. Так, среди наиболее частых мы видим гены, вовлеченные в синтез кератина – белка, необходимого для кожного и волосяного покрова. Также часто встречаются гены, имеющие отношение к иммунной системе. Возможно, они помогли современному человеку сопротивляться патогенным микробам и паразитам, с которыми ему пришлось столкнуться в Европе. Однако архаические гены дают не только преимущества. Возможно, нам приходится платить за них свою цену, потому что с ними связывают некоторые болезни кожи и виды ожирения.

Напротив, крайне редко встречаются гены, экспрессируемые в тестикулах, и гены, присутствующие в Х-хромосоме, отвечающей за различение полов, поскольку у женщин их две, а у мужчин одна, идущая в паре с Y-хромосомой. Возможно, гибриды были менее плодовиты, что объяснило бы практически полное отсутствие промежуточных скелетов – полунеандертальцев-полусапиенсов. Но даже если отношения между двумя видами возникали редко и принесли мало потомства, этого оказалось достаточно для того, чтобы снабдить наших предков неандертальскими генами, эволюционировавшими за сотни тысяч лет в другом климате, где солнце печет гораздо слабее, чем в Африке.

Некоторые современные люди, прежде всего коренное население Меланезии и Австралии, обладают генами, унаследованными от других предков – денисовского человека. Речь идет о группе людей, жившей в ту же эпоху, что и неандертальцы. От них осталось всего несколько небольших костей, но мы знаем, что их ДНК отличалась и от ДНК неандертальцев, и от нашей. Высока вероятность, что определяющий ген ДНК денисовцев сохранился до наших дней у жителей Тибета, где он играет важную роль в адаптации к высокогорью.

Гены Евы

Собственное происхождение нас, безусловно, крайне занимает, но предметом многочисленных исследований стала и другая тема – происхождение первых клеток эукариот, то есть сложных клеток растений и животных, ДНК которых содержится во внутреннем ядре.

Когда мир был населен еще только микроорганизмами-прокариотами, похожими на современные бактерии, некоторые из них вступили в крайне специфический тип симбиоза: одни микроорганизмы разместились внутри других. Наши собственные клетки содержат митохондрии – маленькие структуры в форме колбасок длиной в одну тысячную миллиметра, которые играют определяющую роль в производстве клеточной энергии. Митохондрии содержат небольшое количество ДНК, и их гены похожи на гены бактерий. Сегодня кажется установленным, что клетки животных и растений происходят от симбиоза изначально различных клеток бактерий и архей.

В изучении эволюции митохондрии представляют дополнительный интерес. В яйцеклетках содержатся такие митохондрии, гены которых передаются только от матери к дочери, тогда как сперматозоид почти всегда теряет собственные митохондрии в процессе оплодотворения. Это особая форма наследственности, затрагивающая только женщин. По всей видимости, все митохондриальные ДНК человеческой популяции происходят от одного общего предка, жившего примерно 150 тысяч лет назад. Этот предок получил имя «митохондриальная Ева». Это совсем не означает, что она была предком всех современных людей: генеалогия генов не повторяет в точности генеалогию особей!

Следы нашей эволюции

Биологи извлекли пользу из технического прогресса не только для изучения необычных форм наследственности, но и для секвенирования геномов тысяч людей, чтобы сравнить их: ген с геном, нуклеотид с нуклеотидом. Точное определение всех мутаций ДНК позволяет вычленить и датировать в наших генах все результаты естественного отбора в таких ключевых вопросах, как сопротивляемость болезням или питание.

Наша эволюция стала результатом компромисса между новыми способностями и структурами, унаследованными от предков. Так, болезни спины, возможно, являются болезнью цивилизации, но это, очевидно, неизбежная проблема для существ, которые встали на две ноги всего несколько миллионов лет назад после 350 миллионов лет перемещения на четырех конечностях (болит ли спина у лошади или тигра?). Наше новое строение тела сопровождалось изменением тазовых костей, которым теперь предстояло выдерживать вес всех внутренних органов, но их форма должна была принимать в расчет и другие факторы. Мозг и череп Homo sapiens значительно крупнее, чем у Homo erectus. У этого увеличения было два косвенных следствия: значительно более опасные для матери роды из-за трудности прохождения головы между тазовыми костями и сокращение периода беременности, что уменьшало первую угрозу, но приводило к рождению более мелкого детеныша, что повлекло за собой риски, связанные с его недостаточным развитием. В этой сфере наша эволюция совпала с моментом появления Homo sapiens (около 150 тысяч лет назад), но она не остановилась. Биологи обнаружили следы совсем недавнего (менее 2 тысяч лет назад) отбора, связанного с величиной таза!

С уменьшением размера челюстей первые Homo sapiens пережили большое давление со стороны отбора, связанное с зубами мудрости, поскольку эти коренные зубы могли вызвать серьезные нагноения при неправильном росте. В результате отбора многие люди сегодня лишены зубов мудрости. Однако нет никаких оснований полагать, что эволюция продолжится до полного их исчезновения, поскольку мастерство дантистов заметно сократило риски, связанные с этими зубами. Отбор сыграл важную роль и в нашем телосложении. У популяций, обитающих в теплых, влажных лесах, рост уменьшился, а у тех, кто живет в северных широтах – регионах, сложных для жизни и относительно бедных питанием, – напротив, увеличился. И в обратную сторону: в последние десятилетия повсеместно наметилось повышение среднего роста человечества, что связано с улучшением питания и изменениями в окружающей среде. Хотя, казалось бы, отбор мог продолжать действовать в прежнем ключе, опираясь на увеличение доли выживших среди новорожденных.

Эволюция в значительной мере сформировала наш рацион. Уже Homo erectus 400 тысяч лет назад готовил себе пищу, задолго до появления на свет Homo sapiens! Мы эволюционировали, пользуясь преимуществами хотя бы частично обработанной пищи, которая стала более питательной и легкой для переваривания. Переход к потреблению продуктов сельского хозяйства, богатых крахмалом, произошел примерно 10 тысяч лет назад, совсем недавно по меркам общей истории эволюции. Мы изучили начало процесса адаптации к новому рациону, прежде всего рост способности переваривать крахмал. Сравнение генома современного человека с ДНК, сохранившейся в костях доисторического человека, выявило то давление, которое оказал естественный отбор на наших предков, пока они модифицировали рацион.