ДНК – ключ к происхождению человека

У всех живых существ имеется нечто общее. Это гены, таинственные субстанции внутри каждой клетки, определяющие, чем этой клетке быть.

Станет ли оплодотворенное яйцо шмелем или буйволом? На этот вопрос отвечают гены, и они же определяют, какие клетки развивающегося яйца станут шерстью буйвола, какие — его ногами, а какие — маленькой бородавкой у него на загривке.

Предположения о роли генов в управлении развитием клетки выдвигались еще в начале века.

Но как это осуществляется, оставалось тайной вплоть до 1953 года, когда два будущих лауреата Нобелевской премии — Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик,- занялись ДНК, одной из нуклеиновых кислот клетки.

Им удалось установить строение молекулы ДНК и выяснить, что именно ДНК определяет деятельность генов.

Что такое ДНК

ДНК можно уподобить перфокарте, передающей информацию компьютеру. Достоинство перфокарты заключается в том, что ее можно использовать сколько угодно раз в любом числе компьютеров и результат всегда будет тот же.

И еще одно достоинство: в перфокарту можно заложить гигантское количество информации, используя лишь один тип запоминающей ячейки — маленькие дырочки.

Сами по себе дырочки абсолютно одинаковы, но место, где они пробиваются на карте, может меняться.В этом-то и суть: каждое изменение их позиций означает, что карта дает компьютеру новое задание.

ДНК действует примерно по тому же принципу: она также сохраняет немыслимое число инструкций, используя простые единицы.

Она состоит из двух длинных цепочек химических кирпичиков, напоминающих нитки бус и закрученных спиралью одна вокруг другой. Это знаменитая «двойная спираль», открытая Уотсоном и Криком.

Ей также свойственна возможность почти бесконечных сочетаний. В отличие от перфокарты, использующей один тип запоминающей ячейки — дырочку, у двойной спирали имеются четыре типа химических кирпичиков. Различные инструкции, которые она несет, определяются расположением кирпичиков в двух цепочках спирали.

Столь же важны и химические связи, которые прочно удерживают цепочки двойной спирали на их местах. Всякая эволюция должна начинаться с изменений в расположении и связях кирпичиков двойной спирали. И в ДНК действительно происходят такие изменения.

Происходят они в форме мутаций, и для простоты мы можем назвать их «единицами» эволюции. Со временем в ДНК любого биологического вида накапливаются изменения, и, в конце концов, эти изменения оказываются настолько многочисленными и действенными, что результаты их влияют на весь вид. Это и есть то, что мы называем эволюцией.

Чем больше пройдет времени, тем больше будет число таких эволюционных изменений. Таким образом, если бы удалось найти способ измерять различия в ДНК двух животных разных видов, можно было бы измерить эволюционные различия между ними простым подсчетом. Другими словами, сравнение ДНК человека с ДНК шимпанзе должно показать, насколько они в действительности близкие родственники.

Теоретически это выглядит просто. Но в лаборатории практическая разработка такого способа измерения эволюции оказалась сопряженной с невероятными трудностями. Ведь он требовал создания методов разъединения, наблюдения и анализа цепочек субмолекулярной величины — объектов настолько малых, что их невозможно увидеть в самые сильные световые микроскопы.

Однако специалисты по молекулярной биологии умеют это делать. Выяснилось, что можно «отмотать» одну цепочку ДНК человека и сравнить ее с одной цепочкой ДНК шимпанзе.

Эти измерения показали, что человек отличается от шимпанзе только на 2,5% и немногим больше — от гориллы. Но от низших обезьян он отличается уже более чем на 10%- Как сказал американский антрополог Ш. Уошберн: «По ДНК можно составить стройное генеалогическое древо, ни разу не взглянув на самих животных, и древо приматов, которое в 1970 году предложил биохимик Кон, нисколько не удивило бы Дарвина и Гексли в 1870 году».

Так зачем же трудиться? Зачем тратить столько усилий, чтобы доказывать то, что наукой уже доказано другими способами и признано истиной вот уже целое столетие?

А затем, что мы, таким образом, получаем прежде не существовавшие доказательства. Теперь у нас есть общая единица измерения. Неважно, где проводился эксперимент и, какой человек, с каким шимпанзе сравнивался,- различие остается постоянным.

Теперь, наконец, у нас есть стандартная мера эволюционных расхождений, которая принципиально отличается от колеблющихся различий в величине мозга или зубов, которые никогда не бывают совершенно одинаковыми у двух разных особей. В лабораторных сравнениях ДНК, какие бы то ни было индивидуальные колебания, отсутствуют.

Молекулярная биология не ограничивается изучением только ДНК. Она использует и другие лабораторные методы для исследования эволюционной истории белков крови, таких, как гемоглобин и сывороточный альбумин, у различных животных. Винсент Сарич и Аллан Уилсон из Калифорнийского университета применили один из таких методов — иммунологические реакции — для измерения молекулярных различий в сывороточном альбумине животных.

И вновь результаты согласовываются, как показывает таблица (цифры в таблице — условные единицы иммунологических различий).

Эта таблица демонстрирует несколько удивительных фактов.

Представленные данные не только подтверждают результаты, полученные другими методами, показывая, что человек очень близок к горилле (только 8 различий), уже не так близок к гиббону (14 различий) и довольно далек от низших обезьян (32 различия), но и показывает, что низшие обезьяны равно удалены от остальных трех сравниваемых приматов.

Эта равная удаленность позволяет нам сделать выводы, что низшие обезьяны разошлись с предком всех этих человекообразных обезьян одновременно, и с тех пор темп эволюции альбумина кровяной сыворотки у всех у них оставался удивительно постоянным.

Другими словами, все они эволюционировали почти с одинаковой скоростью.

Для проверки скорости эволюции Сарич и Уилсон вышли за пределы генеалогического древа приматов и сравнили приматов с хищниками. Число различий альбумина кровяной сыворотки здесь много выше, что указывает на гораздо большую древность разделения приматов и хищников, чем разделения самих приматов.

Удивительно в этих цифрах следующее: если не принимать во внимание некоторого отклонения у долгопята, они практически совпадают, снова показывая, что все эти животные эволюционировали с одной скоростью.

Скорость эволюции

Теперь нужно определить, какова же эта скорость. Для решения этой задачи Сарич и Уилсон собрали огромное количество молекулярно-биологических данных.

Постоянно сопоставляя и перепроверяя их, они получили предположительные скорости эволюции не только для ДНК, но и для нескольких белков крови.

Затем они выбрали исходную дату для построения генеалогического древа — произошедшее 36 миллионов лет назад разделение обезьян Нового и Старого Света (хотя далеко не все палеонтологи согласны с этой датой).

От этой даты они с помощью молекулярных часов начали вести отсчет времени, отмечая моменты разделения сначала низших и человекообразных обезьян затем, наконец, гоминидов и шимпанзе.

Метод Сарича — Уилсона показал, что разделение гоминидов и шимпанзе произошло менее четырех миллионов лет назад. Палеонтологи встретили эту дату в штыки. Они напомнили, что в Африке найдены остатки гоминидов возрастом даже в 5 миллионов лет. Это очень серьезная дилемма.

Как может наука двигаться вперед, если палеонтологи утверждают, что разделение человека и человекообразных обезьян произошло тогда-то, тогда-то или тогда-то — вплоть до 50 миллионов лет назад, по мнению некоторых,- а иммунологи говорят, что оно случилось всего 4 миллиона лет назад. Кому верить?

Ни тем, ни другим, советует Шервуд Уошберн, антрополог из США. Хотя исследования Сарича и Уилсона произвели на него большое впечатление, он не упускает из вида и палеонтологические данные.

«Все часы, которыми пользуются иммунологи,- утверждает он,- немножко по-разному врут. Их еще по-настоящему не разметили. Но все их стрелки указывают в одном общем направлении, и это заставляет задуматься».

По его мнению, в первую очередь необходимо привязать данные Сарича — Уилсона к такой исходной точке в геологическом прошлом, которая удовлетворила бы всех. И тогда после некоторой подгонки, уточнений и регулирования часов все события, возможно, распределятся по своим местам во времени.

Если, например, принять, что разделение обезьян Нового и Старого Света произошло 50 миллионов лет назад, тогда разделение человека и человекообразных обезьян отодвинется в прошлое на 5 миллионов лет. А если, как считают некоторые палеонтологи, разделение низших обезьян произошло 75 миллионов лет назад, то время отделения человека от человекообразных отодвинется на семь-восемь миллионов лет.

От человекообразных обезьян произошли австралопитеки. Это ясно следует из изучения, как окаменелостей, так и современных человекообразных обезьян — их физических особенностей и их поведения.

Ближайшие родичи австралопитеков из живущих ныне человекообразных обезьян — шимпанзе и горилла. Но австралопитеки пошли иным эволюционным путем, приспособившись к жизни в открытой местности.

Это привело к возникновению особого образа жизни, включавшего изготовление орудий, дележ добытой еды, образование семьи и непрерывный рост интеллекта, так что, в конце концов, они достигли той стадии развития, когда их уже можно было назвать людьми. Приближение к этой стадии началось около трех миллионов лет назад, а окончательно она была достигнута 1,3 миллиона лет назад.

Австралопитек, становящийся человеком, жил в африканской саванне, неподалеку от озер и рек — этот древний ландшафт, вероятно, мало чем отличался от подобных же ландшафтов, существующих в современной Африке.

Где-то на этом дальнем берегу, растянувшись почти на два миллиона лет, простерлась пограничная полоса, по одну сторону которой находится человекообразная обезьяна, а по другую — человек.

• Хромосомы и наследственность
• Ученые нашли способ определить цвет волос по ДНК
• Вирус гриппа «Порт-Чалмерс»
• Медленные инфекции: Куру — смеющаяся смерть
• Память. Виды памяти. Паттерн. Гиппокамп