Знание-сила, 2004 № 03 (921)

За 3,5 миллиарда лет эволюции от примитивных безъядерных существ высшие организмы увеличили размер своей ДНК на три порядка — с миллионов до миллиардов нуклеотидов. Однако, как ни странно, по количеству генов мы ничем не отличаемся от той же мыши.

Мы "наращивали" с ходом времени не сами гены, хотя довольно часто и удваивали-дуплицировали их, а регуляторную часть, которая сегодня часто сложнее и больше, нежели та "структурная", которая отвечает за синтез непосредственно белка[* Об этом читайте также публикуемую в этом номере статью Р. Нудельмана "Новые "кукольники" на сцене жизни".]. Слева от протеиновой части гена сегодня выделены инициаторы и регуляторный ТАТА-бокс, проксимальные (ближние) "отвечающие" элементы и "глушитель" — сайленсер, "инсулятор" и энхансеры-стимуляторы генной активности дистального (отдаленного) расположения-локализации. А мы говорим о балансе сдержек и противовесов в государственном регулировании. Да это же примитивнейшая система управления!

Останки знаменитой "Люси"

Именно это, по всей видимости, и определяет наше отличие от того же шимпанзе.

Недавно Иван и Дмитрий Овчаренко провели сравнение последовательностей генома человека с ДНК обезьян Старого и Нового Света.

Как в общем-то и предсказывалось, наименее изменчивыми оказались участки генов, кодирующие отдельные участки протеинов, регуляторные элементы генов отличаются друг от друга в значительно большей степени.

Молекулярные исследования не являются самоцелью. Не сдает своих позиций старый моргановский хромосомный анализ, который показывает, что у нас по сравнению с шимпанзе 10 хромосом имеют "реаранжировки", то есть "перестроения" кусков. В девяти из них произошли инверсии — перевороты фрагментов, — а 10-я человеческая образовалась путем слияния двух коротких обезьяньих.

Раньше реаранжировки рассматривались весьма негативно, поскольку они либо летальны для организма, либо делают его бесплодным (так скорее всего разошлись осел и лошадь, которые до сих пор дают бесплодный гибрид мула). А. Наварро и Н. Бартон из Барселонского университета вовсю использовали новые данные, чтобы обосновать эволюционный механизм расхождения двух наших видов.

Согласно этим ученым, реаранжировки резко ограничивают "переток" генов. Смешение между предками шимпанзе и новым нарождающимся видом происходило на протяжении трех миллионов лет, пока наконец-то не наступило полное расхождение. В качестве количественного критерия — а без "оцифровывания" сейчас никто рассуждения общего характера не принимает, да и самим ученым это не надо — была выбрана эволюция 115 генов из различных неполовых хромосом.

Так вот оказалось, что протеины "перестроечных" хромосом эволюционировали в два раза быстрее!

По сравнению с шимпанзе у человека на поверхности клеток нет определенных сахаров, утверждают Аджит Варки и Паскаль Ганье из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Они полагают, что именно это и привело к мошному развитию мозга наших предков. Но не только! "Утеря" сахаров означает большую подверженность инфицированию самыми разными вирусами и бактериями, а также паразитами, например тем же малярийным плазмодием и трипаносомой, вызывающей сонную болезнь.

Отсутствие сахара позволило развить большие молочные железы, что требуется для более длительного вскармливания недоношенных детей (у нас самый долгий постнатальный период становления на ноги). Но это также приводит и к более частому раку груди у бедных женщин и девушек.

Вначале — 30 лет назад! — разница наших последовательностей по "буквам" генетического кода оценивалась всего лишь в 1,4 процента! С той поры в течение трех десятилетий эта цифра неоднократно цитировалась, причем ее повторяли даже в СМИ. На самом же деле, и это доказал сам Бриттен уже в 2003 году, все несколько сложнее. Более детальный анализ показал, что общее наше различие с шимпанзе достигает 4,8 процента! Данные Бриттена подтвердились и на генном уровне.

Сравнение формы тела наших предков и современного человека: у него увеличился череп, "вытянулась" шея, руки стали короче, а ноги - длиннее

В университете Уэйна, Детройт, сравнили 97 генов человека и шимпанзе, а также гориллы, орангутана и обезьян Старого Света. В качестве "точки отсчета" были взяты гены мыши, с которой наши пути разошлись порядка 75-80 миллионов лет назад. Анализ показал, что замены, приводящие к функционально важным изменениям в белках, роднят нас с шимпанзе на 99,4 процента. Отсюда время расхождения составляет от 6 до 7 миллионов лет.

ДНК-чипы позволяют ныне сравнивать активность-экспрессию большого числа генов одновременно. Экспрессия генов в разных тканях у шимпанзе мало чем отличается от таковой у тех же макак. И от человека тоже, если брать гены печени и тех же почек. Совсем другое дело экспрессия генов в мозгу.

Мы отличаемся от шимпанзе по "моши" генной активности в мозгу в 5,5 раза, а в печени — в 1,3-1 J раза, еще меньше по генам лейкоцитов крови.

Общий количественный анализ, тем не менее, "сглаживает" эти частные различия, что и дает общую разницу по всему геному в 1,5 процента.

Интересные результаты дало сравнение мужской половой хромосомы Y, проведенное в Массачусетском технологическом институте, где в свое время был открыт ген мужского пола, о чем писал "ЗС". Прочтение последовательностей Y-хромосомы показывает, что наше "отделение" от предков шимпанзе состоялось порядка пяти миллионов лет назад.

Все эти последние наблюдения еще предстоит как-то увязать с нашей эволюцией...

А она была весьма непростой. Сейчас в антропологии бьются две основные гипотезы — "линейная" и "кустовая". Согласно первой, изменения, ведущие от обезьяны к человеку, возникали каждый раз, лишь однажды закрепляясь на ступеньках лестницы предки-потомки. И к нам ведет пусть и не совсем прямая, но одна-единственная линия.

Кластерный, или ветвисто-кустовой принцип подразумевает, что одни и те же изменения возникали неоднократно, давая серию приспособительных свойств. При этом анатомические признаки оказываются смешанными и "переплетенными" между собой, давая такие формы, которые ставят антропологов в тупик. Так ключевые человеческие адаптации — прямохождение и "разнорукость" (преимущественно праворукость) — наряду с увеличивающимся мозгом возникали неоднократно. Эта модель больше соответствует эволюционной действительности. Тем более что подобное неоднократно происходило вообще в эволюции.