Homo Sapiens. Краткая история эволюции человечества

Норберт Эдвард

Женщина может иметь потомство, а может и не иметь. В потомстве могут быть как женщины – «передатчики» митохондриальной ДНК, так и мужчины, которые ее передавать не могут. Некоторые потомки выживут и дадут свое потомство, а некоторые не выживут. Для того, чтобы число людей в популяции не изменялось, мы станем считать, что в каждом поколении у пары родителей выживает двое детей.

Брачные пары внутри рассматриваемой популяции составляются случайным образом, любой самец может с одинаковой вероятностью составить пару с любой самкой. Никаких изолированных групп в нашей популяции нет.

У каждой отдельной особи из нулевого поколения в первом поколении будет по два потомка, во втором – четыре, в третьем – восемь

правнуков. До тех пор, пока потомки одной особи не начнут скрещиваться друг с другом, число их будет расти как 2 в степени N, где N равно числу поколений. Если популяция достаточно велика, то после начала родственных скрещиваний скорость роста численности потомков одной особи снизится ненамного.

В каждом поколении разнообразие митохондриальной ДНК несколько уменьшается, потому что какие-то женщины остаются бездетными, или не рожают дочерей, или их дочери не доживают до репродуктивного возраста. Разнообразия все меньше и меньше, и вот однажды придет поколение, каждый представитель которого будет связан прямым родством по непрерывной женской линии с одной из особей нулевого поколения. Миграция больших групп людей, а также разделение и слияние популяций влияют на число поколений, необходимое для абсолютного доминирования одной митохондриальной ДНК, но не отменяют этого процесса.

Если предельно упростить, так, что дальше просто некуда, то можно смоделировать происходящее следующим образом. Положите в какую-либо емкость некоторое количество теннисных шариков, горошин, конфет или орехов, короче говоря – одинаковых предметов. Встряхните емкость и достаньте из нее один предмет, символизирующий митохондриальную ДНК, «ушедшую» в этом поколении. Повторите процесс и делайте это до тех пор, пока в емкости не останется всего один предмет – митохондриальная ДНК праматери нашей Евы.

С Y-хромосомным Адамом дело обстоит еще проще, то есть потомство одного отца по непрерывной мужской линии начинает доминировать раньше, поскольку в разных культурах в разные периоды присутствует многоженство. В ситуации, когда один мужчина может оставить десятки, а то и сотни потомков, Y-хромосомы будут вытеснять друг друга быстрей, чем разные варианты митохондриальной ДНК.

Время, в которое жили Y-хромосомный Адам и митохондриальная Ева, постоянно изменяется – очередная порция данных (добытого генетического материала) вносит свои коррективы. Но в любом случае Адам выходит моложе Евы. В настоящее время считается, что Адам жил примерно 130 000 лет назад.

Сам собой напрашивается вопрос о том, как ученым удается высчитывать возраст обнаруженной ДНК?

Во-первых, существует много «негенетических» способов определения возраста ископаемых останков или какой-либо иной органики. Наиболее распространенным и очень достоверным методом является радиоуглеродный анализ, определяющий содержание радиоактивного углерода C-14 в находках органического происхождения. Все живые организмы, как животные, так и растения, поглощают из атмосферы углерод, преимущественно обычный, нерадиоактивный. Но вместе с обычным организмы также усваивают небольшие количества радиоактивного углерода-14, который, подобно всем радиоактивным элементам, имеет способность к распаду. Период полураспада ¹⁴C, то есть время, за которое количество этого вещества уменьшается наполовину, составляет примерно 5700 лет. Сравнивая содержание изотопа ¹⁴C в ископаемых останках с его содержанием в организме живого человека, можно достоверно определить возраст останков. Останки, которые «старше» 100 000 лет, исследуются на содержание других изотопов, например бериллия-10 с периодом полураспада в 1 500 000 лет.

Метод, который применяют генетики, отчасти схож с радиоизотопным, только оценивается не количество какого-либо вещества,

а количество мутаций в молекуле ДНК. Этот метод называется методом молекулярных часов. Зная среднюю скорость мутации в ДНК данного биологического вида, можно определить возраст древней ДНК, ядерной или митохондриальной, по количеству ее отличий от современной ДНК.

Одним лишь определением возраста находок дело не ограничивается. Сравнительный анализ ДНК дает информацию о направлениях и времени миграции того или иного биологического вида. Если на территории Западной Европы обнаруживается человеческая ДНК, имеющая выраженное сходство с ДНК, обнаруженной в Восточной Африке, но более «молодая», то это свидетельствует о миграции наших предков из Африки в Европу.

Вам нужно знать точное время «великого переселения»? Вернее – относительно точное, поскольку погрешность в несколько сотен лет в этом вопросе допустима. Без проблем! Найдите в европейской ДНК мутацию, которой нет в африканской ДНК, и определите время ее возникновения по методу молекулярных часов. А затем подкрепите результат при помощи еще нескольких мутаций.

Теперь давайте рассмотрим механизмы, которые определяют генетическую структуру популяций, то есть – соотношение различных генов и аллелей в популяциях. Эти механизмы можно разделить на две группы: поддерживающие и нарушающие генетическое равновесие.

К поддерживающим механизмам относятся естественный отбор и дрейф генов, а к нарушающим – мутагенез (процесс возникновения мутаций) и поток генов. Обратите внимание на то, что естественный отбор и мутагенез оказывают систематическое воздействие на генетическую структуру популяций, а дрейф и поток генов – случайное.

Голова идет кругом от непонятного? Ничего, сейчас мы это прекратим.

Естественный отбор и мутагенез систематичны, поскольку закрепление полезных признаков и мутации происходят постоянно.

Дрейфом генов называют случайные изменения частот аллелей в популяции. Давайте вспомним, что словом «дрейф» обозначают медленное постоянное перемещение чего-либо под действием сторонних сил. Ключевые слова «постоянное» и «сторонних».

Частота аллелей или частота генов – это соотношение разных аллелей одного и того же гена в популяции. Аллели определяют проявление одного и того же признака в различных формах. Частота аллеля – это частота или вероятность проявления конкретного признака в популяции. Частоту аллеля высчитывают делением количества данных аллелей у всех особей данной популяции на общее количество аллелей в популяции и выражают в процентах. Допустим, что в некой популяции численностью в 100 особей имеется два аллеля, представленных равным количеством копий – 50.Частоты этих аллелей будут равны 50 %. Если в популяции произойдет какой-то катаклизм, резко и произвольно уменьшающий численность особей (например – засуха или землетрясение), то среди выживших особей частота данных аллелей может остаться «пятидесятипроцентной», но может и измениться и составить, к примеру, 65 % и 35 %. Тогда можно будет говорить о дрейфе генов.

А в случае, когда частоты аллелей будут значительно отличаться друг от друга, например – 97 % и 3 %, в результате катаклизма могут погибнуть все особи, представляющие «трехпроцентный» вариант. Тогда частота сохранившегося аллеля составит 100 %. Такой вот получится дрейф.

Два примера, которые мы с вами сейчас рассмотрели, относятся к так называемому эффекту бутылочного горлышка. Катаклизм создает условное «бутылочное горлышко». Кто в это «горлышко» проскочил – тот выжил. А кто именно проскочит – неизвестно, никакой закономерности здесь нет. Вполне возможно, что проскочат не самые приспособленные, а те, кто оказался ближе к «горлышку», например – обитал дальше от эпицентра землетрясения или же вблизи водоема, который во время засухи не высох полностью.