Ген управляет эволюцией

Можно сказать, эволюцией управляет невиди­мый глазом ген. Именно он ведет нас вперед. Именно от У-хромосомы зависит, будет ли новое существо вес­ти человеческий род по дороге перемен. Интуитивно все мы радуемся рождению мальчиков. И правильно. Мальчик — это будущее. Девочка — стабильность.

Когда ученые столкнулись с загадкой У-хромосо- мы, они долго недоумевали. Ведь эта хромосома несет только половой признак! Оказалось — не только. В эту странную хромосому «впрессовано» много вроде бы по­сторонней информации. «В ней нет ничего интересно­го, не так ли? Просто несколько генов, кодирующих сперму», — говорят генетики. Однако У-хромосома оказалась шкатулкой с сюрпризом. Чем больше ее изу­чали, тем больше приходилось переосмысливать про­цессы эволюции.

Выяснилось, например, что всего триста миллио­нов лет тому назад никакой У-хромосомы не было (бы­ло две Х-хромосомы, и половые признаки формирова­лись в зависимости от температурного режима окру­жающей среды). Аналогичные процессы до сих пор происходят у рептилий. При наборе из двух Х-хромо- сом партеногенез был явлением обычным и традици­онным. Но на смену холоднокровным пришли теп­локровные животные — мир вступил на новый виток эволюции. И однажды у какого-то теплокровного су­щества (у кого — доподлинно неизвестно) в результа­те положительной мутации появился ген, создавший У-хромосому, носительницу мужского пути развития. Потом новорожденный ген заблокировал возможность замещения крошки У аллелями Х-хромосом. Так пер­вобытный мир разделился на самок и самцов.

Теперь достаточно проследить мутационные сдви­ги в У-хромосоме любого мужчины, чтобы понять, от какого общего генетического «дедушки» он про­изошел. Например, выяснилось, что постоянно враж­дующие между собой палестинцы и евреи — потомки единого предка и около восьми тысяч лет назад были одним народом. А предки современного человечества родом из черной Африки. Изучение этой мужской хромосомы показало, что «Ева» на восемьдесят четы­ре тысячи лет старше «Адама».

У женщин мужской хромосоме соответствует «жен­ская» генетическая информация, которая передается от матери к дочери. Эта информация записана в так назы­ваемой митохондриальной ДНК (митохондрии — спе­циальные энергетические образования в клетках, кле­точные электростанции). По данным генетики, «Еве» около ста сорока пяти тысяч лет, а «Адаму» — чуть больше шестидесяти тысяч. У многих людей, далеких от науки, после этого сообщения в прессе возникло не­доумение. Как же это? Значит, Ева не современница Адама? И они вовсе не родители Авеля и Каина? Когда ученые говорят о возрасте «Евы» и «Адама», они вовсе не имеют в виду библейских персонажей. Старшинство «Евы» показывает лишь, что сто сорок пять тысяч лет назад в результате мутации возникла m-ДНК, передаю­щая «женскую» информацию от матери к дочери (время матриархата, время главенства женщины, когда пе­редаваемые признаки контролировались по женской линии). А через восемьдесят четыре тысячи лет мута­ции породили Y-хромосому, и «мужская» информация пошла по новому каналу (шаг к патриархату, времени главенства мужчин).

По последним данным, мы действительно произо­шли от единой праматери. В журнале Science генетики Хенрик Кэссман и Сванте Паабо из Института эволю­ционной антропологии Макса Планка опубликовали статью о своих исследованиях ДНК людей и шимпанзе. Результаты исследований таковы: если шимпанзе име­ют достаточно много разных предков, то люди про­изошли от очень ограниченного числа сородичей. А это означает, что в эволюции человека принимало участие гораздо меньшее количество начальных пар (может быть, даже одна), чем у приматов. Вывод сделан на основании исследования гена Xq13.3, расположенно­го на Х-хромосомах людей и шимпанзе. Шимпанзе ге­нетически разнятся между собой гораздо больше, чем люди. Общеизвестно, что чем больше разница, тем больше разных предков вносили свои гены в общий ге­ном. Это показывает, что генофонд «братьев меньших» гораздо богаче человеческого. Их гены сильнее отли­чаются друг от друга, чем гены людей двух разных рас — к примеру, европейцев и африканцев, африкан­цев и монголоидов, монголоидов и аборигенов Австра­лии. Кстати, показатель меньшей вариабельности ге­нов человека свидетельствует еще и о том, что для этого биологического вида характерна большая ста­бильность, более консервативное закрепление положи­тельных мутаций.

Но вернемся к У-хромосоме. Именно по ее милости сохраняются «некорректные» гены при копировании. При образовании яйцеклетки и сперматозоида части парных хромосом меняются местами, поврежденные участки ДНК отбраковываются, и создается нацеленная на стабильность модель. Но У-хромосома не занимается проверкой на некорректность, она продолжает перено­сить весь материал, который накопился: и полезные приобретения, и мусор, и разрушительную информа­цию. В этом есть свой шарм: мужская хромосома имеет в запасе «дополнительный аргумент», который исполь­зуется в случае необходимости. Она замечательна еще тем, что не отвергает так называемые «прыгающие ге­ны» . Это такие гены, которые не любят сидеть на своем месте и с легкостью путешествуют по всему геному. Они вторгаются на чужие территории, пытаются «прихва­тить» соседние гены, создают новые союзы и разрушают уже существующие. Транспозоны (таково их научное имя) — странные образования, однако именно им мы обязаны позитивными мутациями. Так вот, в нормаль­ных хромосомах неукоренившиеся транспозоны перио­дически выкидываются вон и уничтожаются. Но стоит им попасть в мужскую хромосому, там они и остаются, там им позволено делать все, что пожелают, — и они именно этим и занимаются. Транспозоны в У-хромосо- ме соединяют и разъединяют гены, образуют новые при­знаки и новые последовательности. Именно это посто­янное чередование нового и старого создает толчок для эволюции вида.

Например, транспозонный ген БЛ7, вторгшийся в мужскую хромосому, отвечает за выработку сперма­тозоидов и формирование зародыша мужского пола. Если этот ген поврежден или неправильно откопи- рован, возникает мужское бесплодие. Судя по всему, этот ген любит передаваться по наследству. Результат его работы — огромное количество случаев наслед­ственной невозможности семяобразования. Плохой подарок мужчинам? Плохой. Но У-хромосома дарит и выгодные мутации. Сейчас среди специалистов при­нята гипотеза, что благодаря некому гену-транспозону у людей возникла речь. Этот ген речи был в 1909 году обнаружен в У-хромосоме. Интересно, что в таком ви­де он имеется только у человека. У высших обезьян аналог этого гена расположен в Х-хромосоме. Выяв­лена и прямая связь гена речи с самыми важными событиями в эволюции человека. Около трех миллио­нов лет назад ген речи способствовал резкому увели­чению объема мозга, а около ста двадцати — двухсот тысяч лет назад ген был модифицирован, и тогда же у людей появилось абстрактное мышление и символь­ная передача информации.

Иметь теории — это хорошо. Но понять суть процес­са пока не удается до конца. Прислушаемся к словам одного из главных исследователей У-хромоеомы Ней- ла Афера: «У-хромосома потеряла большинство своих генов в процессе эволюции. Вопрос в следующем: по­чему процветают все оставшиеся? Они, должно быть, выполняют некую неуловимую, непонятную для нас функцию. Вероятно, для выяснения этой функции нуж­но исследовать связь генетических маркеров, позво­ляющих проследить родословную человека с разницей в его способностях». Проще говоря, все люди братья, но один брат умный, а другой — дурак. Мы — потомки умного брата?

В целом, благодаря особому положению человека во внешнем мире, его эволюция с древнейших времен оказалась направленной на усовершенствование не ви­довых признаков и качеств, а изменчивой внешней среды. Так что верны слова забытого нынешним поко­лением Энгельса: обезьяна стала человеком, обработав камень и превратив его в орудие труда и оружие. Тут необходимо дополнение: эта обезьяна не только взяла камень, она еще и отделила себя от окружающего мира и стала улучшать этот мир, примерно так же, как на биологической основе улучшает популяцию выгодный ген. В основном генетические преобразования сохра­няли благоприятные качества, необходимые для этого процесса, — ум, рабочие навыки, абстрактное мыш­ление. Предки человека не могли стать лучше более сильных и ловких видов, поэтому они просто «подо­гнали» мир под себя: стали строить укрытия от хищ­ников, возделывать поля, чтобы не зависеть от приро­ды, одеваться, чтобы переживать холода, образовывать семьи, чтобы проще следить за потомством, и т. п.

Весь ученый мир издавна уверен, что человечество родилось на жарких просторах африканской саванны. Там люди начали ходить прямо, взяли в руки орудия тру­да и «отрастили» большие мозги. Хотя есть среди палео­антропологов и те, кто не верит в эту аксиому. Профессор

Филип Тобайас из Йоханнесбурга пять лет назад заявил: «Выбросьте в окно эту гипотезу с саванной». Потому что человек родом из воды. Физические отличия человека от остальных приматов объясняются тем, что наши предки наполовину жили в воде, а наполовину на суше.

Жизнью в водной среде можно объяснить нашу способность к плаванию и то, что плавать умеют даже новорожденные. Вода научила наших предков держать голову прямо, что помогло освоить ходьбу на двух ногах, а в руки брать различные инструменты. Напри­мер, камни с морского берега, чтобы расколоть с их по­мощью раковину съедобного моллюска, — точно так, как это делают сегодня морские выдры. Еще Харди в свое время отметил, что мы — единственные «голые» приматы, а потеря волосяного покрова характерна для морских млекопитающих. Слой подкожного жира объединяет человека с китообразными и отличает от других приматов. Элейн Морган, из Южного Уэльса, сравнила анатомию, биохимию и физиологию совре­менного человека и других животных. И обнаружила, что человек — самый жирный примат, у него в десять раз больше жировых клеток, чем у земных млекопи­тающих таких размеров. Только человеческие дети и детеныши китообразных рождаются покрытые жиром. Слой подкожного жира закладывается в последние месяцы развития плода и становится еще толще в пер­вые месяцы жизни. Он сохраняет тепло и способству­ет плавучести. И крепится, в отличие от подкожного жира большинства млекопитающих, прямо к коже — как у дельфинов, тюленей и гиппопотамов.

Морган доказала, что и речь человека развилась именно в результате жизни в воде. Среди животных, живущих на суше, только человек способен произ­вольно контролировать свое дыхание — как водные млекопитающие. Ни у одного млекопитающего, жи­вущего на суше, гортань не опущена так низко, как у нас. Эта черта полезна не только для говорения, но и позволяет забирать большое количество воздуха во время плавания.

Но и эти доводы не убедили научный мир. Потому что все доказательства эволюции человека, собранные в семидесятых — восьмидесятых годах прошлого века, поддерживали «теорию саванны». Окаменелости нахо­дили на сухих жарких открытых участках в Южной Африке и долине Рифт. Однако никто не задумался над тем, что нынешние саванны в прошлом могли быть чем-то другим. Когда Тобайас проанализировал ока­меневшую пыльцу, собранную с останков гоминида, насчитывавших два миллиона семьсот тысяч лет, ока­залось, что она имеет лесное происхождение. На дру­гих раскопках стоянок гоминидов в Южной Африке и Эфиопии также нашли растения и животных, харак­терных для древних лесов. Значит, эти территории тогда были покрыты густыми лесами. И все эти сто­янки находились близко к воде. Ведь представители нашего вида не могут долго обходиться без воды, по­скольку теряют большое количество жидкости с потом и мочой. Такого в условиях саванны не может себе по­зволить ни одно существо.

Тобайас считает, что именно вода сыграла решаю­щую роль в отделении человека от шимпанзе. Два мил­лиона лет назад наши предки выбрали для жительства пляжи. И вели образ жизни амфибий. Большой мозг — главное наше отличие — не мог появиться без участия водной среды (значительный по отношению к массе тела объем мозга характерен для водных млекопитающих — китов, дельфинов). Окаменевшие черепа наших пред­ков показали, что первые три миллиона лет после того, как человек откололся от шимпанзе, его мозг был очень невелик. Но около двух миллионов лет назад он начал расти. А за последние двести тысяч лет сделал резкий скачок и увеличился еще на пятьдесят процентов. Соот­ношение мозга и общей массы тела человека стало точно таким же, как у дельфина. У животных, живущих в са­ванне, наблюдается общая тенденция к большой массе тела и маленькому объему мозга. Носорог, например, ве­сит тонну, а его мозг — всего триста пятьдесят граммов.

Размер мозга определяет наличие в организме двух жирных кислот — докосагексеновой и арахидоновой. Первая отвечает за построение мембран нейронов и фо­торецепторов, а вторая — за строительство стенок сосу­дов, без которых большой мозг не сможет работать. В организме они производятся в небольших количествах и очень медленно. Эти кислоты редко встречаются в диете млекопитающих, живущих в саванне. В изобилии они присутствуют только в пищевой цепочке на берегах океанов, рек и озер. Именно морские питательные веще­ства способствуют росту мозга. Сегодня, если человек не получает с пищей этих двух кислот, его начинают пре­следовать заболевания коры головного мозга и сосудов. Археологические находки показали, что человек питал­ся дарами моря двести тысяч лет назад, как раз в то вре­мя, когда его мозг начал активно увеличиваться. И сто тысяч лет назад, когда Homo Erectus начал понемногу превращаться в Homo Sapiens.

Это лишь одна из точек зрения. Но факт остается фактом: в результате внешней эволюции люди изме­нили мир по своим меркам. И ощущают себя в безо­пасности только в таком защищенном мире.