Геном
Шрифт:
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
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
Впрочем, откалибровать молекулярные часы таким образом, чтобы они показывали точную дату эволюционного со
бытия, весьма сложно. Поскольку человекообразные обезьяны живут долго и к размножению приступают уже в зрелом возрасте, их молекулярные часы тикают довольно медленно. (Мутации, передаваемые поколениям, накапливаются только во время размножения при образовании яйцеклеток и сперматозоидов.) Нет четкой формулы, по которой можно было проводить калибровку частоты мутаций исходя из продолжительности жизни. Более того, следует признать, что в разных генах ход часов отличается. Одни гены спешат и указывают на то, что пути развития человека и шимпанзе разошлись уже давно, другие, например гены митохондрий, свидетельствуют о тесном родстве наших видов. Поэтому время появления людей указывается в пределах от 5 до 10 млн лет (Arnason U., Gullberg A., Janke А. 1998. Molecular timing of primate divergences as estimated by two non-primate calibration points.Journal ofMolecular Evolution 47: 718-727).
Уже после написания этой книги в Кении были обнаружены наиболее древние останки предков человека, датируемые 7 млн лет, что подтверждает расчетные данные, полученные в результате сравнения геномов человека и
шимпанзе.
Если не считать слияния двух хромосом в хромосому 2, остальные различия в геномах шимпанзе и человека весьма незначительны. А в хромосоме 13 вообще не было найдено никаких отличий. Если навскидку взять любой «абзац» в геноме шимпанзе и сравнить его с соответствующим «абзацем» в геноме человека, мы найдем лишь несколько отличных «букв», в среднем одну на 100 знаков, т.е. на 99% мы неотличимы от шимпанзе. При этом сходство с гориллой как человека, так и шимпанзе составляет только 97%. Другими словами, мы вместе ушли от гориллы, но шли разными путями.
Но как это возможно? Ведь отличие человека от шимпанзе огромно. Шимпанзе покрыт волосами, имеет другое строение черепа и всего тела, другие конечности, не обладает речью. Трудно найти хоть что-то в шимпанзе, что было бы на 99% таким же, как у нас. Но так ли это? По сравнению с чем? Если взять пластилиновые модели мышей и вылепить из одной шимпанзе, а из другой человека, то придется
вносить одни и те же изменения. Шимпанзе и человек будут еще более подобными, если отправной точкой считать амебу. В обоих случаях мы имеем тридцать два зуба, пять пальцев на каждой из четырех конечностей, два глаза и одну печень. В обоих случаях есть волосяной покров, сухая кожа, позвоночник и три маленькие косточки в среднем ухе. По отношению к амебе или, лучше, оплодотворенной яйцеклетке, человек и шимпанзе действительно подобны на 99%. Нет ни одной косточки в теле шимпанзе, которой не было бы у человека. Нет ни одного химического соединения в мозге шимпанзе, которого не было бы в мозге человека. Иммунная, пищеварительная, кровеносная, лимфатическая и нервная системы построены у нас однотипно. Даже ядра мозга у нас совершенно одинаковы. Что касается строения мозга, то это был последний рубеж обороны противников теории происхождения человека от обезьяны. Викторианский анатом сэр Ричард Оуэн (Richard Owen) утверждал, что уникальным образованием в основании мозга человека является гиппокамп, который отсутствует у обезьян, и именно он является вместилищем души и свидетельством божественного происхождения. Он не нашел гиппокамп в свежепрепарированных мозгах горилл, привезенных из Конго путешественником Полем дю Шэллу (Paul du Chaillu). Незамедлительно последовало опровержение Томаса Хаксли (Thomas Huxley). «Нет, у обезьян его нет», — упирался Оуэн. «Да нет же, есть», — настаивал Хаксли. Короче говоря, «дело о гиппокампе» дошло в 1861 году до бранной перепалки в викторианской Англии и нашло отражение в сатирическом издании Punch (Петрушка) и в новелле Чарльза Кингсли (Charles Kingsley) The water babies (Дети воды). Спор давно вышел за пределы анатомии. Хаксли говорил: «Я не ставлю своей целью загнать человеческое достоинство ниже собственной подошвы и не думаю, что это произойдет, если признать, что у человекообразных обезьян тоже есть гиппокамп. Но мне хочется вымести поганой метлой человеческое тщеславие» (Huxley Т. Н. 1863/1901. Man's place in nature and other anthropologicalessays, p. 153. Macmillan, London). В отношении гиппокампа Хаксли был прав.
Таким образом, между нами и нашим общим предком с шимпанзе, проживавшим когда-то в Африке, не более 300 ООО поколений. Если вы возьмете за руку свою маму, а она возьмет свою, и так далее в глубь поколений, то получится живая цепь людей протяженностью от Нью-Йорка до Вашингтона, в конце которой будет стоять «недостающее звено» — наш общий предок с шимпанзе. Пять миллионов лет — это большой промежуток времени, но эволюция измеряет время не в годах, а в поколениях. Бактерии потребуется всего 25 лет, чтобы получить столько же поколений.