Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Шрифт:
Цитирую Мэйбл: «Причина, по которой полиплоидия стала сейчас предметом первостепенного научного интереса, — это результаты секвенирования генома. Они показали, что все эукариоты многократно проходили через стадию полиплоидии в своей эволюционной истории… Генетическое секвенирование открыло также, что гибридизация в эволюционной истории случалась гораздо чаще, чем считалось ранее, и что геномы — это большей частью мозаика следов предыдущих гибридизаций с множеством видов».
Несомненно, генетическое секвенирование откроет еще многое — и неожиданное — в истории эволюции.
12. Полиплоиды ли мы? [116]
Наши половые клетки — и половые клетки всех прочих существ, населяющих сейчас Землю, прожили сотни миллионов лет — и каждая потенциально способна жить вечно.
В 2006 году по миру разнеслась весть об открытии, способном существенно изменить наши взгляды на эволюцию человека. Открытие это — результат
116
Название этой главы взято из статьи Spring J. Hypothesis. Vertebrate evolution by interspecific hybridisation — are we polyploid? Federation of European Biochemical Sciences Letters 1997; 400: 2–8
117
Ohno S. Evolution by Gene Duplication. New York: Springer Verlag, 1970.
118
Patterson N., Richter D. J., Gnerre S., et al. Genetic evidence for complex speciation of humans and chimpanzees. Nature 2006;441:1103–8.
Предыдущие оценки, базирующиеся главным образом на анализе окаменелостей, указывают, что расхождение произошло около семи миллионов лет назад. Практически общим убеждением было, что расхождение случилось из-за медленного накопления мутаций и последующего естественного отбора. Но открылось удивительное — вернее, даже два удивительных обстоятельства. Первое — это более поздняя дата расхождения, чем считалось до того. Как писали Райх с коллегами: «Расхождение случилось не более шести миллионов трехсот тысяч лет назад, а возможно, и позднее». Второе обстоятельство оказалось гораздо труднее понять и принять. Сравнение разных генетических последовательностей у человека и шимпанзе дало разные оценки времени расхождения! Наш геном состоит из двух типов хромосом, двух половых хромосом X и Y и двадцати двух пар неполовых хромосом, называемых «аутосомы». От каждого родителя мы наследуем одну половую хромосомы и двадцать две копии аутосом. Две Х-хромосомы — и ребенок женского пола, X и Y — женского. Все аутосомы указали на приблизительно одинаковое время расхождения, но если «верить» Х-хромосомам, то расхождение произошло гораздо позже. По словам Райха и его коллег: «Данные указывают на колоссальную разницу в генетическом расхождении Х-хромосом в сравнении с аутосомами». Может, это результат некоей странности Х-хромосомы, замедляющей мутации этой хромосомы по сравнению с аутосомами? Но при сравнении хромосом людей и горилл подобных неувязок обнаружено не было. Райх с коллегами написали так: «Для объяснения многочисленных особых черт этого явления мы предлагаем простое, хотя и провокационное объяснение: уже после эволюционного разделения линий человека и шимпанзе происходил обмен генами между ними до окончательного разделения менее чем шесть миллионов триста тысяч лет назад».
То есть наиболее вероятным объяснением, по мнению Райха и его коллег, было продолжающееся миллион с лишним лет после разделения линий скрещивание человека и шимпанзе. Это заключение неизбежно должно было вызвать — и вызвало — оживленную дискуссию. Но если Райх и его сотрудники правы, то наша человеческая Х-хромосома, равно как и Х-хромосома шимпанзе, — гибридного происхождения. Исследование Райха с коллегами стало важной вехой в развитии биологии не только из-за этого открытия. Оно показало, как важнейшие события эволюционной истории можно обнаружить путем генетического секвенирования и сравнения геномов. Лучше всего об этом можно сказать словами редакционной статьи «Нью-Йорк таймс», посвященной открытию: «Если эти результаты подтвердятся, нам придется переосмыслять не только нашу эволюционную историю, но и процесс образования видов в целом» [119] .
119
Our human history. New York Times 22 May 2006, Editorial.
Среди африканских приматов гибридизация довольно часта. Исследователи нередко обнаруживают гибриды обезьян, экологи изучают зоны образования таких гибридов. Изучены и факторы, способствующие гибридизации в процессе сложного взаимодействия животных и их среды обитания (см., например, работу Детвиллера с соавторами [120] ).
Гомо эректус — это один из важнейших с эволюционной точки зрения наших предков, покинувший Африку около двух миллионов лет назад и расселившийся по большей части территории Старого Света. Гомо эректус был способен создавать и использовать каменные орудия труда. Некоторые ученые полагают, что он мог сооружать плоты, чтобы переплывать реки и даже проливы. Кости Гомо эректуса находят во многих местах Африки, Европы и Азии. Более того, кое-где Гомо эректус выживал очень долгое время, даже и тогда, когда вторая волна переселенцев из Африки — ближайших предков современных людей — стала заселять мир. В марте 2008 года «Сайнтифик Америкэн» опубликовал статью, где приводилось мнение Мюррея Кокса из университета Аризоны, полагавшего, что он обнаружил генетические свидетельства в пользу гибридизации ранних людей с Гомо эректусами [121] . До тех пор, основываясь на данных изучения генетических последовательностей митохондриальных хромосом и Y-хромосом, ученые полагали, что
120
Detwiller K. M., Burrell A.S., Jolly C.J. Conservation implications of hybridization in African primates. American Society of Primatologists Conference 2003, abstract #127.
121
Whitfield J. Lovers, not fighters? New genetic signs that modern humans mated with Homo erectus. Scientific American March 2008; 21.
Возможность гибридизации между современными людьми и Гомо эректусами удивительна и чрезвычайно интересна. В ее свете тем более удивителен факт отсутствия гибридизации современного человека с неандертальцами (как это показывают данные последних исследований). Генетические и палеонтологические данные показывают: эволюционные линии современного человека и Гомо эректуса разошлись около четырехсот тысяч лет назад. Для других млекопитающих такой срок представляется не слишком большим, в особенности если судить по типичным временам эволюционного расхождения. Так что до сих пор открытым и активно обсуждаемым является вопрос: были ли современные люди и неандертальцы разными видами либо подвидами одного вида? Потому логично ожидать, что и генетические различия между людьми и неандертальцами окажутся невелики — во всяком случае, гораздо меньшими, чем между человеком и шимпанзе, чей общий предок существовал около семи миллионов лет назад. Другими словами, различия в большей части геномов человека и неандертальца вряд ли большие, чем между геномами двух людей, не являющихся родственниками. Но в отдельных частях генома будут присутствовать незначительные, но значимые различия, определяющие видовую разницу.
Для иллюстрации приведу несколько фактов. В Европе и некоторых частях Азии неандертальцы появились около трехсот тысяч лет назад и жили там, пока не вымерли — что произошло, как полагают, близ тридцати тысяч лет тому назад. С другой стороны, современные люди появились в Африке около четверти миллиона лет назад — примерно в то же время, когда неандертальцы появились в Европе. Но современные люди прибыли во владения неандертальцев гораздо позже, в промежуток от ста до пятидесяти тысяч лет назад, — сначала на Ближний Восток, а затем и в отдаленнейшие закоулки Западной Европы, вплоть до Франции и Испании.
Вопреки предрассудкам, бытующим со времен первых находок неандертальских костей, неандертальцы очень походили уровнем развития на тогдашних Гомо сапиенсов. Мозг неандертальцы имели приблизительно такой же, охотились на тех же животных, хорошо умели изготовлять и применять каменные орудия. Бытует мнение, что орудия эти были не столь изощрены и разнообразны, как у Гомо сапиенса, но данные раскопок показывают: обе ветви человечества были в достаточной мере приспособлены, чтобы существовать в самом разнообразном природном окружении.
Потому антропологи больше столетия ломают голову над вопросом: отчего же неандертальцы вымерли?
Несомненно, объяснение включит в себя ряд причин, и климатические изменения в том числе. Но трудно отказаться от возможной причастности к их вымиранию современных людей, вторгшихся на неандертальскую территорию. Факты говорят сами за себя: неандертальцы вымерли через двадцать тысяч лет после появления современных людей в Западной Европе — а до того неандертальцы жили там триста тысяч лет. Ключевой вопрос здесь: какую же роль могли сыграть современные люди в вымирании неандертальцев? Они выиграли соревнование за природные ресурсы, в том числе за дичь? Устроили войну на выживание с этими своими ближайшими родственниками? А может, смешались с ними и растворили их в себе, будучи более многочисленными и постоянно увеличивая свое число за счет продолжающейся миграции из Африки?
Благодаря новаторским исследованиям Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия) мы знаем: сравнительный анализ митохондриальной ДНК не дал никаких свидетельств в пользу гибридизации между неандертальцами и современными людьми. Конечно, этого недостаточно, чтобы полностью исключить возможность гибридизации, поскольку львиная доля наших ДНК находится в ядре. Но предварительные данные по ядерной ДНК неандертальцев и сравнение их с данными по ядерной ДНК современных неандертальцам Гомо сапиенсов показывают, как говорит Паабо, что неандертальцы внесли «очень малый вклад, если внесли вообще» в геном современных людей [122] . Но эти данные показывают и весьма любопытную (довольно-таки неожиданную) особенность неандертальцев: они менее генетически разнообразны, чем современные люди, — возможно, вследствие происхождения от меньшей исходной популяции либо из-за прохождения через серию эволюционных «бутылочных горлышек». «Бутылочным горлышком» называется то, что я обычно называю «выбраковкой», происходящей вследствие эпидемий, войн либо голода.
122
Saey T. Н. First rough draft of Neanderthal genome released. Science News Web Edition 12 February 2009.