Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 24 от 27 июня 2006 года

Выбираются «родственные» последовательности ДНК двух видов. Вычленяются изменения, которые не скажутся на синтезируемых белках. Зарегистрированный уровень отличий между двумя видами делится на среднюю скорость накопления изменений в этом участке (оцененную по совокупности данных, полученных на группе родственных видов). В результате получается время дивергенции (расхождения эволюционных путей). Практика показала, что такие расчеты достаточно точны и подтверждаются дополнительными свидетельствами. Однако результат последних исследований человека и его родственников получился парадоксальным.

Анализ разных частей нашего генома дает противоречивые результаты, разнящиеся более чем на четыре миллиона лет. Сильнее всего человека и шимпанзе связывает женская хромосома — X, которая к тому же демонстрирует странную генетическую однородность. Судя по одним участкам нашего генома, наш ближайший родственник — шимпанзе, судя по другим — горилла. Как разгадать эту головоломку?

Авторы исследования выдвигают предположение, которое сами называют провокационным. Разделение ветвей человека и шимпанзе было не одномоментным и включало в себя длительный период гибридизации! Вероятно, пути человека и шимпанзе разделились раньше, чем человека и гориллы, но зато потом в течение четырех миллионов лет происходили скрещивания пра-людей и пра-шимпанзе, которые привели к сближению многих их генетических последовательностей. Лишь около шести миллионов лет назад наши с обезьянами пути разошлись окончательно!

Конечно, эта гипотеза вызывает массу новых вопросов. Один из них — как мог происходить такой первородный грех [Адама и Еву принято упрекать за куда менее странное деяние]? Почему у животных со столь сложной психикой, как у предков людей и шимпанзе, оказалась возможной гибридизация с весьма непохожими партнерами? Наблюдая за самими собой и за современным человечеством, мы легко можем увидеть разнообразные проявления ксенофобии. Похожее на нас, но отличающееся от нас существо (хоть «уродливая» обезьяна, хоть представитель «варварской» этнической группы) вызывает у большинства антипатию, которая может преобразоваться и в отвращение, и во враждебность. Можно было бы предположить, что появление у нас ксенофобии как раз и стало тем фактором, который положил конец сожительству двух видов, затруднявшему их независимую эволюцию и приспособление к характерным для них образам жизни. Но эта особенность свойственна и другим видам обезьян…

А благодаря каким генетическим механизмам могла происходить гибридизация между пра-людьми и пра-шимпанзе? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно подробнее обсудить сам феномен гибридизации.

В самой общей форме, гибридизация — это скрещивание организмов, отличающихся по каким-либо наследственным задаткам. С этой точки зрения каждый из нас — гибрид своих родителей. Однако нас больше интересует феномен скрещивания между отдаленными формами. Связь возможных последствий гибридизации со степенью различий между родительскими формами условно показана на рис. 1.

В случае культурных растений и домашних животных гибридизация между разными сортами и породами часто помогает повысить жизнеспособность потомства в результате действия гетерозиса (гибридной силы) — превосходства гибридов над родительскими видами. Так, Н. С. Хрущев не случайно стал насаждать кукурузу: от внедрения гибридных линий этой культуры США получили в то время выгоду, превосходящую расходы на Манхэттенский проект (создание атомного оружия).

Результатом эволюции каждого вида является формирование адаптивного комплекса генов — взаимосвязанного набора их удачных сочетаний. При скрещивании такие комплексы «рассыпаются». Этот эффект может сочетаться с гетерозисом. Например, в первом поколении при скрещивании дромедара (одногорбого верблюда) с бактрианом (двугорбым верблюдом) появляется нар, имеющий два невысоких и слитых воедино горба. Соединяя достоинства родителей, нар является выносливым и сильным животным. Увы, в его потомстве появляются малоценные верблюды-вырожденцы, что, вероятно, связано с разрушением адаптивных комплексов генов.

Тем не менее нар может иметь потомков, а мул (гибрид осла и кобылицы) — нет. Отличия между родителями мула столь велики, что у него (кроме редчайших случаев) не могут образовываться половые клетки. Для образования яйцеклеток и сперматозоидов необходим мейоз — клеточное деление, отличающееся от того, которое обеспечивает рост организма (митоза). На определенном этапе мейоза парные хромосомы должны соединиться друг с другом. Если они очень разные (да еще, как в случае мула, их количество стало нечетным из-за различия хромосомных наборов родительских видов), мейоз оказывается невозможен. Мулов получают ради их гетерозиса, а вот у реципрокного (происходящего от противоположного сочетания родителей, от лат. reciprocus — возвращающийся) мулу гибрида жеребца и ослицы — лошака — гетерозис не проявляется.

При существенных генетических отличиях скрещиваемых форм может проявляться гибридный дисгенез, хорошо изученный на дрозофиле, — конфликт разных геномов, проявляющийся в больших или меньших нарушениях развития.

Наконец, у совсем далеких видов из-за нарушения митоза и жизнедеятельности клетки развитие не идет вообще. Если в искусственных условиях оплодотворить яйцеклетку хомяка сперматозоидом человека, то получится так называемый хумстер (англ. humster, от human и hamster). Хумстеры неспособны к нормальному развитию, но и им найдено практическое применение: с их помощью изучают хромосомный набор сперматозоидов человека.

Впрочем, для того чтобы гибридизация потеряла свое эволюционное значение, достаточно и блокирования мейоза, которое означает, что гибриды не оставят потомства. Однако существует два возможных выхода из этого тупика.

Один из них — удвоение хромосомных наборов. Так, например, получилась (и естественным путем, и в экспериментах) культурная слива — гибрид алычи и терновника. В клетках сливы есть два хромосомных набора алычи и два — терновника, и благодаря этому каждая хромосома в ходе мейоза может найти свою пару. Полиплоидные гибриды обычны среди культурных растений, а среди животных встречаются гораздо реже.

Другой выход — частичноклональное, или мероклональное (от греч. meros — часть, доля), образование половых клеток. Если в клетке два разных хромосомных набора, которые не могут образовать пары при мейозе, можно один из них выбросить, а оставшийся удвоить. Как ни парадоксально такое решение, оно не уникально и зарегистрировано у некоторых рыб (ельцов и пецилиопсисов), насекомых (палочников), амфибий (зеленых лягушек) и ряда других видов.