Палеоантропологические исследования показывают, что уже 50-100 тыс.
лет назад наши предки анатомически не отличались от нас самих, в том
числе и в таком важном аспекте, как объем мозга. Это позволяет
предположить, что человечество достигло "эволюционного плато" -
состояния, при котором отбор несет стабилизирующую функцию, лишь
отсеивая особенно неудачные отклонения от найденного оптимума.
Однако эта позиция достаточно уязвима. Незаметность эволюции не
говорит о том, что она не происходит вообще - это медленный процесс,
отслеживать который в человеческой популяции в реальном времени почти
невозможно. К тому же предположение об остановке эволюции человека
приводит к выводам, которые противоречат современным исследованиям
человеческого генома.
В простейшем определении, эволюция - это процесс изменения частот
аллелей в популяции с течением времени. Большая часть эволюционных
изменений сводится к замещению одних аллелей другими под давлением
естественного отбора. Для того чтобы ответить на вопрос, идет ли
эволюция человека, достаточно найти признаки изменения частот аллелей в
геноме. Одним из надежных признаков таких изменений является любопытное
явление, когда новый аллель закрепляется в популяции настолько быстро,
что вместе с ним закрепляются и те аллели, которые близко расположены на
хромосоме и поэтому часто наследуются вместе с ним. В результате в
геноме образуется участок с очень низкой вариативностью - одинаковый
почти у всех особей в популяции. Генетики обнаружили около 100 таких
участков в геноме современного человека. Что интересно, в геноме
афроамериканцев обнаружено только 9 из них, что хорошо согласуется с
теорией африканского происхождения homo sapiens: у африканских популяций
было более 100 тыс. лет для выработки адаптаций к местным условиям
жизни, а все остальные попадали в новые среды обитания, к которым было
нужно интенсивно приспосабливаться.
Аллели - разные варианты одного и того же гена,
расположенные в одинаковых участках гомологичных (парных) хромосом и
определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака.
В геноме конкретного человека обычно содержатся два аллеля. Если оба
аллеля в геноме одинаковы, то геном называется гомозиготным, а если
аллели разные - гетерозиготным по данному признаку. Каждая половая
клетка содержит один аллель, и при слиянии половых клеток новый организм
наследует по одному аллелю от каждого родителя. Мутация изменяет
структуру исходного аллеля, т. е. приводит к появлению нового варианта
признака. Существование в популяции организмов нескольких аллелей одного
гена обеспечивает ее генетическое разнообразие и имеет важное
адаптивное значение.
Исследования последних лет нашли несколько ярких примеров эволюции современного человека.
Высотная болезнь
Так, например, народы, переселившиеся в высокогорные районы планеты,
столкнулись с проблемой недостатка кислорода. Кислородное голодание -
опасное состояние, которое приводит к головокружению, утомлению,
бессоннице, а в тяжелых случаях - к отеку легких и смерти.
Акклиматизация лишь частично помогает избавиться от симптомов. В Тибете дети с "гемоглобино-насыщенным" генотипом выживают более чем в два раза чаще "обычных".
Недавние исследования обнаружили возможную генетическую адаптацию к
условиям кислородной недостаточности у коренного населения Тибета,
живущего на высоте 4 тыс. метров над уровнем моря. В одном из таких
исследований было обнаружено, что у части тибетцев насыщение крови
кислородом на 10% выше нормального. Эта особенность оказалась
наследуемой так, что можно предположить ее зависимость от всего одного
гена.
Как выяснилось, частота зачатий и успешных родов не зависят от генотипа
матери по данному признаку, зато от него зависит детская смертность. В
среднем на каждую семью приходится 0,48 смертей для матерей с
"гемоглобино-насыщенным" генотипом и 2,53 матерей с "обычным". Число
выживающих детей варьируется от 3,79 в среднем у
"гемоглобино-насыщенного" генотипа до 1,64 у обычного. Следовательно, у
населения Тибета прямо сейчас происходит быстрое замещение аллелей -
эволюция в действии.
Малярия
Малярия - болезнь, вызываемая внутриклеточными паразитами рода
Plasmodium, которые в одном из периодов своего жизненного цикла
проникают внутрь красных кровяных телец, где быстро размножаются,
разрушая клетку-хозяина и выделяя в кровь токсичные отходы
жизнедеятельности. Симптомы малярии включают в себя жар, тошноту,
обезвоживание, анемию, в тяжелых случаях отказ внутренних органов,
впадение в кому и смерть. Несмотря на успехи медицины и ведущиеся
мероприятия по борьбе с малярией, в наше время ареал распространения
болезни оценивается в 27% суши, а число случаев заболевания - до 500 млн
в год.
Так как красные кровяные тельца - основное место обитания и размножения
паразита, можно ожидать, что отбор будет поощрять адаптации, изменяющие
структуру и функции именно этих клеток. Действительно, известно
несколько аллелей, обеспечивающих защиту от малярии, среди них аллель
серповидно-клеточной анемии (гемоглобина S), альфа- и бета-талассемии,
гемоглобина C и гемоглобина E. Здесь видны признаки сильнейшего давления
отбора. Во-первых, обилие аллелей говорит о том, что отбор поддерживает
почти любую форму адаптации к болезни. Во-вторых, давление настолько
сильно, что несмотря на то, что почти все эти адаптации весьма дорого
обходятся своим носителям, они все равно поддерживаются отбором.
Лучше всего изучено влияние аллеля серповидно-клеточной анемии.
Серповидно-клеточная анемия - тяжелое врожденное заболевание, которым
страдают носители гомозиготного набора аллеля, кодирующего производство
гемоглобина S - особой дефектной формы гемоглобина, которая имеет
свойство "слипаться", деформируя эритроцит (отсюда название болезни) и
нарушая его функцию. Несмотря на очевидную вредность мутации, аллель
гемоглобина S широко распространен в популяциях, где высока
заболеваемость малярией. В чем же причина? В том, что гетерозиготы -
носители одного аллеля гемоглобина-S и одного аллеля гемоглобина-A - не
страдают от анемии и в то же время обладают высокой (>90%)
резистентностью к малярии. Получается, что в подверженных малярии
регионах гомозиготы AA страдают от малярии, гомозиготы SS - от анемии, а
отбор поддерживает гетерозиготов. Такая ситуация называется
гетерозисом.
Почти все остальные адаптации, дающие устойчивость к малярии, очень
похожи: это мутации, которые были бы безусловно вредны и отсеяны
естественным отбором, если бы не длительный контакт человека с малярией.
Счастливым исключением можно назвать мутацию, которая вызывает
отсутствие на поверхности эритроцитов особых белков - антигенов группы
Даффи. Эти белки используются одним из возбудителей малярии - P. vivax -
для закрепления на клеточной мембране перед вторжением в эритроцит.
Почти все выходцы из Африки являются "Даффи-отрицательными" и хорошо
защищены от этой формы малярии при том, что наличие этой мутации не
приводит к анемии.
Непереносимость лактозы
Лактоза - углевод, который в природе встречается только в молоке
млекопитающих. Лактозу человек усваивает с помощью особого фермента -
лактазы, который в больших количествах вырабатывается в первый год
жизни, после чего его синтез идет на спад. У большинства взрослого
населения Земли лактаза не синтезируется и нет возможности усваивать
лактозу в значительных количествах; пределом считается 11 гр лактозы
(эквивалент примерно 200 мл молока) в сутки при условии принятия
небольшими дозами вместе с едой.
Это может показаться удивительным для европейца, но у большинства
представителей многих народов: американских индейцев, австралийских
аборигенов, обитателей южной Африки и юго-восточной Азии - употребление
цельного молока вызывает расстройства пищеварительной системы: вздутие
живота, колики, диарею, тошноту и рвоту. Да и среди европейцев процент
людей с лактазной недостаточностью довольно высок (10-15%). Однако
процесс брожения, используемый при получении кисломолочных продуктов,
расщепляет лактозу, поэтому все эти люди могут употреблять кисломолочные
продукты.
Способность усваивать лактозу в зрелом возрасте возникла у человека
дважды - в Европе и северной Африке. На независимое возникновение
указывает то, что мутации произошли в разных частях генома, хотя
проявляются они одинаково (в биологии это явление называется
полиморфизмом). То, что две разные мутации независимо возникли и
распространились в разных регионах - надежный признак действовавшего на
человека сильного давления отбора. Дважды независимо возникшая
способность к усвоению лактозы - лучший известный нам пример
конвергентной эволюции современного человека.
СПИД
Пандемия СПИДа, начавшаяся в 80-х года прошлого века, стала одним из
ключевых демографических факторов современности. Почти 40 млн человек
заражены неизлечимой болезнью, летальность которой близка к 100%.
Эпидемия СПИДа в южноафриканском регионе, где процент заражения
взрослого населения приближается к 25%, привела к падению средней
продолжительности жизни почти на 10 лет.
Как было показано на примере малярии, с эволюционной точки зрения
пандемию можно рассматривать как фактор отбора, который должен поощрять
мутации, обеспечивающие защиту от болезни. Обычно защита достигается
изменением структуры белков, играющих важную роль в процессе заражения
клетки.
Такие мутации существуют. Для присоединения к T-лимфоцитам вирус
иммунодефицита человека (ВИЧ) использует особые белки на поверхности
клетки: так называемые С-С рецепторы хемокина CCR5 и CXCR4. Наиболее
изучена мутация CCR5-Δ32, приводящая к отсутствию рецепторов CCR5 на
мембране T-лимфоцитов. Гомозиготные носители мутации имеют полный
иммунитет к ВИЧ, в то время как гетерозиготные получают только немного
(на 2-3 года) замедленное развитие болезни. Эта мутация встречается в
основном у населения Северной Европы и очевидно не связана с эпидемией
СПИДа. Возможно, ее распространение связано с болезнью, возбудители
которой использовали похожие механизмы для заражения клеток. К
несчастью, в южноафриканской популяции крайне редки мутации, отключающие
рецепторы CCR5 и CXCR4. Это, возможно, вносит свой вклад в развитие
пандемии в регионе.
Обычно отключение действующего гена, такое как при мутации CCR5-Δ32,
оказывается вредным и исчезает под давлением отбора. Но, как показывает
пример развития резистентности к малярии и СПИДу, в условиях контакта с
инфекцией, использующей кодируемый геном белок в своих целях, отключение
гена может быть преимуществом.
Таким образом, возникновение цивилизации не только не оградило
человечество от естественного отбора, но и само стало фактором отбора.
Освоение новых территорий потребовало приспособления к новым условиям
жизни, переход к сельскому хозяйству вызвал изменение питания и поощрил
изменение пищеварительной системы, увеличившаяся плотность населения
подвергла человека большему риску заражения инфекционными болезнями. Все
это дает возможность говорить о том, что, хотя рассмотренные примеры и
не позволяют говорить о тех изменениях, которые обычно подразумеваются
под "эволюцией человека": росте объема мозга, изменении черт лица,
переходе к прямохождению, возникновении речи - эволюция человека не
остановилась, но может быть даже ускорилась в последние 5-10 тысяч лет.
|