Изгнание из Эдема

Оппенгеймер Стивен

Я уже касался темы генетики, которая занимает в этой книге достаточно видное место. Основную часть ранней истории человечества за последние 2,5 млн. лет можно реконструировать благодаря объединению выводов исследований ископаемых костных останков и изучения климатических периодов. Все виды человека, кроме одного, вымерли, причем некоторые из них — очень давно, поэтому в данном исследовании мы не учитываем их гены. Это не означает, что генетика не в силах поведать нам ничего существенного о темных эпохах эволюции человечества, предшествовавших выходу на арену истории людей современного типа.

В 1970-е годы некоторые генетики начали применять сырые иммунологические средства для замеров аналогий уровня содержания протеина у представителей разных видов и установили, что человек и шимпанзе являются даже более близкими сородичами, чем это считалось прежде. Это заявление в свое время было встречено в штыки, но затем, когда методы сравнительного исследования переключились с иммунологии на демонстрацию базового генетического сходства, а затем и на замеры конкретных генетических различий, их авторы были оправданы и реабилитированы. В ученой среде созрело понимание того, что мы, люди, гораздо

ближе к шимпанзе, чем к другим крупным приматам — гориллам и орангутангам, с которыми пути наших предков на генеалогическом древе разошлись немногим более 5 млн. лет назад [42] .

42

Человек и шимпанзе являются далее более близкими сородичами: см. табл. 3 в Sarich, V. (1971) «Молекулярный подход к решению вопроса об истоках происхождения человека» в кн. P.Dolhinow and V.Sarich (eds) «Истоки человека» (Little Brown, Boston) с. 73. Пути наших предков на генеалогическом древе разошлись немногим более 5 млн. лет назад: По современным оценкам, это произошло 6,5 млн. лет назад — см. Goodman, M. et al. (1988) «О филогенетической классификации приматов на основании данных изучения ДНК с привлечением ископаемых останков» Molecular Phylogenetics and Evolution 9: 585—98. 6,5 млн. лет — это возраст, когда произошло разделение предков человека и шимпанзе, по мнению автора (см. рис. 0.3), получившего эти цифры путем экстраполяции на базе другой методики и использования полных данных отслеживания мтДНК (неопубликованный анализ SJO).

Было бы несправедливо утверждать, что мы, люди, вообще не унаследовали никаких генов от исчезнувших видов гоминидов. Наоборот, большинство генов в наших клетках как раз унаследовано нами от вымерших видов гоминидов и приматов. Некоторые гены человека встречаются в останках некоторых видов приматов, вымерших задолго до нашего появления на Земле. Не так давно ученые выделили слабые фрагментарные следы митохондриевой ДНК в целом ряде костей неандертальца, и сегодня они практически в состоянии ответить на главный вопрос: в каком именно родстве мы с ними находимся и присутствуют ли хотя бы некоторые их гены в клетках людей современного типа?

Впрочем, в этой книге нас в первую очередь интересует подлинная революция в понимании генетической предыстории человечества за последние 200 тысяч лет. Новые открытия в области генетики вторглись в ту туманную и неизученную сферу, в которой прежде доминирующее положение занимали маловыразительные коллекции каменных орудий из Европы и Африки да немногочисленные фрагменты скелетов, плохо поддающихся датировке. Прежде чем обратиться к детальном рассмотрению следов генов, на мой взгляд, будет небесполезно познакомиться с некоторыми идеями, связанными с генетической наследственностью и ее принципами. Эти концепции по большей части достаточно просты и связаны с нашими расхожими представлениями о наследственности, однако их нередко истолковывают в превратном свете, что объясняется либо сознательным обманом, либо тем, что они изложены на невразумительном «научном» жаргоне.

Секреты горошин

Идея генетической наследственности знакома людям с тех пор, как им удалось одомашнить целый ряд видов диких животных и растений. Скотоводы издревле предпринимали целенаправленные попытки устранять в стаде такие нежелательные признаки, как чрезмерный рост или агрессивность поведения [43] . Селекция зерновых культур осуществлялась путем отбора наиболее крупнозерных и урожайных сортов. Однако большая часть так называемых фермерских навыков была основаны на ошибочных посылках, хотя последние и носили функциональный и практичный характер. Интерес к выяснению точных механизмов и законов, определяющих работу факторов наследственности, резко возрос в середине XIX в. после выхода в свет фундаментального труда Чарльза Дарвина «Происхождение видов» [44] , однако по сути понимание принципов наследственности, изложенное Дарвином, оказалось немногим более глубоким, чем у его предшественников. Зато другой его современник, австрийский священник и ботаник Грегор Иоганн Мендель, живший в XIX в., впервые сформулировал логические принципы осмысления того, каким образом осуществляется наследственная передача тех или иных наследственных признаков. Его выводы были основаны на обширных математических расчетах принципов наследования цвета и формы гороха.

43

 Один из древнейших методов селекции с целью получения животных с определенными признаками описан еще в первой книге Ветхого Завета — книге Бытия. В ней рассказывается, что патриарх Исаак попросил у своего тестя, Лавана, в награду за многолетний труд «скот с крапинами и пятнами» Такого скота в стаде Лавана было очень мало, и тот охотно согласился. Исаак же, стремясь увели чить свою долю, прибег к своеобразному методу селекции: «И отделил [Иаков] в тот день козлов пестрых и с пятнами, и всех коз с крапинами и с пятнами... И взял Иаков свежих прутьев тополевых, миндальных и яворовых, и вырезал на них белые полосы... И положил прутья с нарезкою перед скотом в водопойных корытах, куда скот приходил пить, и где, приходя пить, зачинал пред прутьями. И зачинал скот пред прутьями, и рождался скот пестрый, и с крапинами, и с пятнами. Каждый раз, когда зачинал скот крепкий, Иаков клал прутья в корытах пред глазами скота... А когда зачинал скот слабый, тогда не клал». (Быт. 30:35,37—39, 41—42). — Прим. перев.

44

Точное название этого труда — «О происхождении видов путем естественного отбора» — Прим. перев.

В

принципе Мендель показал, что для передачи любых физических особенностей, или признаков, например, цвета цветков, любое растение гороха использует два гена (правда, он использовал здесь другой термин), которые и определяют выраженность или интенсивность признака. Вариативность преобладания тех или иных генов и обусловливает проявление признаков у растения. В процессе полового размножения каждое из растений-родителей способно передать своему потомству только один из этих генов. Таким образом, растение наследует от каждого из своих родителей сложную смесь признаков, и комбинированный эффект этих двух генов и определяет физические признаки очередного поколения. Поскольку любой из родителей может иметь функциональные гены различных типов, например, наследовать разное число лепестков применительно к каждой паре генов, но реально объектом произвольного выбора может стать только один из них, пропорциональные доли различных типов потомства в своей совокупности составляют картину, которую можно уверенно прогнозировать, зная признаки, которыми обладает каждое из растений-родителей.

Таким путем Мендель сумел показать, что наследование признаков осуществляется путем передачи дискретных наборов информации. И вариативность потомства определяется точным, но произвольным смешением этих наборов, или генов, в каждой особи, будь то растение или человек.

Мендель приложил немало труда, отбирая наиболее простые, универсальные и легко распознаваемые признаки и изучая их на индивидуальном уровне. На деле же выраженность некоторых физических признаков определяется, мягко говоря, не одним геном, и поскольку мы являемся достаточно сложными организмами, в наших клетках насчитывается около 30 тысяч пар функционирующих генов. Таким образом, заметные невооруженным глазом различия между единокровными отпрысками одной и той же семьи являются не результатом некоего сбоя в процессе наследования, а возникают в связи с тем, что в процессе полового размножения принимает участие большое число генов, образующих произвольные сочетания. А поскольку число генов и тем более их комбинаций крайне велико, это создает невероятно широкий потенциал для вариантов. Наоборот, удивительное сходство близнецов показывает, насколько точной может оказаться трансформация наследственности в физической оболочке. Выдающимся достижением таких ученых, как Уотсон, Крик и Розалинда Франклин, стал осуществленный ими перенос постулатов открытия Менделя в область биохимии, или молекулярной биологии, как сегодня принято называть эту сферу биохимии.

Картонные ключи к тайнам жизни

«Мы все — производные наших генов». Секретные ключи к этому эдуардовскому трюизму сформулировали и перенесли на простые листы картона двое ученых-первооткрывателей — Джим Уотсон и Фрэнсис Крик. Произошло это в 1953 г. [45] . Их «ключи» представляли собой диаграммы четырех химических соединений (базовых нуклеотидов), уникальные взаимосвязи между которыми, зафиксированные на двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), заключают в себе кодированный ключ ко всему живому на Земле. Эти картонные ключи позволили раскрыть секрет механизма, соединяющего постулаты Менделя с теорией эволюции путем естественного отбора, сформулированной Дарвином в его знаменитом труде «О происхождении видов». Уотсону и Крику удалось с исчерпывающей точностью объяснить, каким образом тысячи уникальных свойств, варьирующихся у разных особей, передаются из поколения в поколение. Короче говоря, это открытие явилось едва ли не самым выдающимся достижением биологической мысли в XX в.

45

Более подробно об этом см. Watson, J.D. (1968) «Двойная спираль» (New York, Atheneum).

В каждой из клеток нашего тела присутствует невероятно длинная спираль ДНК. Она состоит из генов. Спираль эта хранит, воспроизводит и копирует все индивидуальные свойства нашего организма — нашу генетическую наследственность. Спираль ДНК хранит коды протеинов (белков) — этих строительных кирпичиков, из которых состоит наше тело. Коды каждого из белков «записаны» посредством различных сочетаний четырех химических соединений, так называемых базовых нуклеотидов (обозначаемых буквами A, G, С и Т), которые подают все указания, связанные со строительством нашего тела. Мы наследуем ДНК каждого из наших родителей, и поскольку и от того и от другого мы получаем уникальные сочетания генов, каждый из нас обладает спиралью ДНК слегка видоизмененной, или, лучше сказать, уникальной формы. Наша собственная ДНК — это как бы отпечаток пальца, но только на молекулярном уровне.

При половом размножении ДНК родителей копируется и передается эмбриону в равных пропорциях. Важно понимать, что, хотя большая часть ДНК каждого из родителей при воспроизводстве передается потомкам по отдельности, небольшие фрагменты генов каждого из них в каждом поколении перемещаются и перемешиваются друг с другом. Однако подобное смешение — это отнюдь не произвольное массовое смешение генов, постулированное Менделем, а крохотные взаимопереходы, дублирование, выбросы и обмен между материнской и отцовской составляющими ДНК их ребенка. Это явление обозначается специальным техническим термином — рекомбинация [46] . К счастью для исследователей ДНК, существуют два небольших участка нашей ДНК, которые никогда не подвергаются рекомбинации. По фрагментам спирали ДНК, не подвергшимся рекомбинации, гораздо удобнее изучать признаки вида в далеком прошлом, поскольку информация, заключенная в ней, не претерпевает искажений при передаче от поколения к поколению. Эти два фрагмента спирали ДНК получили название митохондриевой ДНК и нерекомбинированной части Y-хромосомы.

46

Рекомбинация — образование новых комбинаций генов, ведущих к появлению и развитию новых признаков у потомства. Прим. перев.