Дарвин на отдыхе

Издательство «Бомбора» представляет книгу французского ученого и популяризатора науки Жана-Батиста де Панафье «Дарвин на отдыхе. Размышляем над теорией эволюции».

Почему и как теория эволюции Чарльза Дарвина перевернула наше мировоззрение? Труд Дарвина о происхождении видов, опубликованный в 1859 году, вызвал страстные споры во всем обществе. И сегодня теория эволюции продолжает будоражить умы в том числе и потому, что она разрушает идею щедрой и предусмотрительной природы и ставит под сомнение место человека в ней.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

Эпигенетика, возвращение к ламаркизму?

Все клетки одного растения или животного (включая, разумеется, и человека) идентичны с точки зрения генетики. Однако каждый организм состоит из комплекса совершенно разных клеток: мышечных, нервных, энтероцитов, яйцеклеток или сперматозоидов и т. д. «Генетической программы», для которой, как предполагалось, возникла ДНК, недостаточно для определения судьбы клетки (см. главу 4).

Дифференциация клеток связана с их окружением, а также с использованием генов, свойственных этой клеточной линии или особи. Каждый тип клетки отправляет часть генов отдыхать, пока другие гены экспрессируются. Именно поэтому один и тот же геном производит клетки, различающиеся формой и назначением.

Один из методов, используемых клеткой, состоит в присоединении к генам для их ингибирования или активации одной молекулы в качестве своеобразного сигнального флажка. В зависимости от сути этого флажка ученые говорят о метилировании или ацетилировании ДНК. Обычно метилирование приводит к деактивации гена, но итог такой маркировки значительно различается в зависимости от типа затронутого органа, природы генов или количества проставленных флажков!

Самые разные события способны провоцировать появление или снятие такой метки. Они могут быть связаны с окружающей средой, плохим питанием, стрессом и т. д. В большинстве случаев в процессе формирования половых клеток в момент оплодотворения или первых делений клеток эмбриона эти метки обнуляются. Но некоторые гены сильнее других сопротивляются перепрограммированию. Тогда их флажок сохраняется и у следующих поколений. Другими словами, приобретенный признак может быть унаследован!

Было отмечено, что мыши пережившие стресс, могут передавать потомству физиологические изменения в форме изменений на уровне экспрессии определенных генов. Подобные случаи были отмечены и у людей: когда родители приспосабливались к условиям голода, некоторые признаки они передавали детям.

Пока мы еще плохо знаем эти наследственные явления, получившие название «эпигенетических», но, очевидно, следует добавить этот механизм к известным «классическим» способам передачи генов. Некоторые ученые увидели в этом механизме реабилитацию ламаркизма, несправедливо забытого, по их мнению. Однако речь не идет об эволюции по типу, описанному Ламарком. Во-первых, эта наследственность обратима и, кажется, сохраняется только на короткий срок. Во-вторых, унаследованный признак необязательно благоприятен для потомков. Это изменение существует как случайная мутация, которой еще только предстоит пройти сито естественного отбора.

Эпигенетические изменения, безусловно, могут повлиять на количество мутаций ДНК вследствие воздействия окружающей среды. Неблагоприятные условия уменьшат способность ДНК исправить ошибки копирования, способствуя появлению мутаций, чаще негативных, но иногда — полезных. С другой стороны, если окружающая среда и влияет на гены, то лишь увеличивая их разнообразие, а не провоцируя какую-либо прямую адаптацию к новым условиям. Мы остаемся в рамках дарвиновской схемы «мутация — отбор». Эпигенетическая наследственность ускорила отказ от строго детерминистского взгляда на геном в пользу более вероятностного, при котором значимую роль играют окружающая среда и случайные процессы.

По мнению Жан-Жака Кюпьека и некоторых других биологов, естественный отбор вмешивается даже в сердце эмбриона, влияет на клетки в процессе деления. Вместо того чтобы исполнять жестко заданную «генетическую программу», которая позволила бы эмбриону планомерно формироваться, клетки начинают экспрессировать гены случайным образом, что приводит к производству РНК и белков всех типов. Затем вмешивается процесс отбора, поощряя одни клеточные линии и уничтожая другие, пока не возникает стабильная эмбриональная структура. Новая концепция, применяющая видовые принципы к развитию единичной особи, получила название онтофилогенетики.

Наши неандертальские гены

Исследователи обращают особое внимание не только на эпигенетические механизмы, но и на другие частные формы наследственности, в том числе на горизонтальный перенос генов (см. главу 4). Не обходят они вниманием и гибридизацию, то есть совместное размножение двух видов, которое приводит к появлению промежуточной формы. Для растений это привычное явление, но у животных оно изучено слабо, поскольку, безусловно, позволяет только крайне ограниченную эволюцию.

Так, европейский бизон[1], изображение которого можно видеть на стенах пещер и который сохранился еще на востоке Европы, получился в результате скрещивания степного бизона — вида, ныне исчезнувшего, и тура — предка современных коров.

Согласно анализу ДНК, это событие произошло более 120 тысяч лет назад. Как и горизонтальный перенос генов, гибридизация не вписывается в древовидную модель эволюции, поскольку новые виды возникают из двух существующих. Это явление, не имея очень большого значения для природы, представляет интерес для человека, поскольку, по-видимому, сыграло весомую роль в формировании нашего собственного вида.

Сегодня мы получили доступ к генам доисторических людей. Исследователям из Лейпцигского института эволюционной антропологии Общества Макса Планка удалось секвенировать фрагменты ДНК возрастом почти 400 тысяч лет. Предметом самого внимательного изучения стали гены неандертальцев. Эти доисторические люди произошли от одной из ветвей человеческой семьи, отделившейся от общего африканского ствола 500–800 тысяч лет назад. Неандертальцы покинули Африку и расселились по Европе и Центральной Азии, где эволюционировали вдали от других людей, прежде всего от Homo erectus, занявшего Африку и остальную Азию.

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.

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.

[1] В России его чаще называют зубром. — Прим. пер.