Где живут чистокровные homo sapiens, что такое ген Гремлина и как анемия помогает выжить?

Молодой научный журналист, выпускница биофака и популяризатор большой науки Ася Казанцева днём пишет полезные книги и борется с креационистами, а вечерами смотрит «Доктора Хауса» и Lie to Me. В начале марта она презентовала в Екатеринбурге свою книгу «В интернете кто-то неправ», посвящённую научным исследованиям спорных вопросов, и выступила в лектории Ельцин Центра с простым рассказом о сложной теории эволюции. Автор IMC Елена Бабушкина побывала на этой публичной встрече и записала самое интересное.

«Девять процентов атеистов убеждены, что человека создал бог»

С пониманием эволюции в России не всё гладко. По данным исследований, в 2009 году сторонниками теории эволюции себя называли только 35% опрошенных (ВЦИОМ), в 2013 году – 26% (ФОМ). При этом в головах людей содержатся взаимоисключающие параметры. В одном из опросов 18% назвавшихся неверующими придерживаются концепции божественного сотворения мира. Во втором обнаруживаются 9% атеистов, считающих, что человека создал бог.

Люди попросту не имеют внятного представления о том, что такое эволюция. Такая проблема есть и у тех, кто организовал опросы: это видно по использованию формулировки «Теория эволюции Дарвина», которая исчерпала себя ещё в 1930-х годах.

Дарвин предложил биологии естественный отбор – механизм, объясняющий, как существа развиваются и становятся более приспособленными к своей среде обитания. Он заметил, что все живые существа производят гигантское, избыточное количество детей, семян, икры, яиц, чем в принципе может выжить. Есть много разных подсчётов о том, за сколько времени пара слонов может покрыть двадцатиметровым слоем всю Землю. Но благодаря естественному отбору этого не случается ни с одним из видов. Кроме того, Дарвин выяснил, что на вероятность выжить прямым образом влияют именно те качества, которыми братья и сёстры отличаются друг от друга. Спустя время в популяции меняется частота аллелей, структурных вариантов одного и того же гена. Одни гены начинают встречаться чаще, другие – реже. Это называется изменчивостью.

Если кто-то сегодня разговаривает с вами про теорию Дарвина, вполне вероятно, что его представления об эволюции остановились на приведённых тезисах. Дарвиновский термин гораздо шире используют креационисты, нежели люди от науки. Фраза «дарвиновская теория» – надёжный маркёр того, что следует насторожиться и попробовать оценить, хорошо ли собеседник понимает, о чём он говорит.

«В генах каждого из нас, в сравнении с родительскими, возникло порядка 100 точечных мутаций»

В 30-е годы XX века учёные начали объединять теорию эволюции с данными, полученными генетиками. Тогда ещё шли споры о том, что именно является наследственным материалом: белок или ДНК. Однако было понятно, что изменчивость бывает мутационной – когда в ДНК вследствие ошибок кодирования случились какие-то изменения. Это нормально: у каждого из нас в сравнении с родителями в генах возникло порядка 100 точечных мутаций. Если бы эти мутации были опасными и вредными – мы бы просто не родились, случился бы выкидыш.

Оказалось, что естественный отбор поддерживает полезные мутации – как в случае с серповидно-клеточной анемией. Наши эритроциты – овальные и ровные, но у части людей гемоглобин формирует твёрдые гибкие цепи, меняющие форму эритроцитов, и те приобретают серповидную форму. Теоретически это является поводом для отсеивания в процессе естественного отбора. Однако выяснилось, что естественный отбор поддерживает присутствие генов с серповидно-клеточной анемией в том случае, если речь идёт об Африке и любых других регионах с распространением малярии. Малярийный плазмодий живёт в эритроцитах, и в серповидных ему плохо, душно, тесно и неудобно, вследствие чего люди с этой мутацией не так страдают от малярии.

«Мутация, позволяющая взрослым усваивать молоко, дала им возможность выживать в голодные годы»

Второй пример полезной мутации – способность усваивать лактозу. Обычно детёныши умеют перерабатывать молоко, а взрослые животные перестают вырабатывать ферменты, необходимые для усвоения молочного сахара. Но у людей бывает мутация, позволяющая во взрослом возрасте спокойно пить сырое молоко. Она возникала независимо в разных частях нашей планеты, где были развиты скотоводческие культуры, что давало взрослым серьёзное преимущество в голодные годы и долгие тяжёлые зимы. Одна из таких территорий – это северная Европа.

К тридцатым годам прошлого века учёные резюмировали, что на частоту проявления генов влияет не только естественный отбор. Существует так называемый дрейф генов, случайные статистические процессы, позволяющие одним генам преобладать при передаче через поколения. Таким образом, почти сотню лет назад научное сообщество, объясняющее эволюцию, перестало опираться лишь на дарвиновскую теорию.

«Сегодня на передовой науки находится эво-дево – биология изменения эмбрионов»

Бесполезно перечислять все направления, с которыми работает современная эволюционная биология. На передовой линии науки находится эволюционная биология развития, или эво-дево, история про то, как меняются эмбрионы. Она исследует эволюцию процесса изменения генов на стадии эмбрионального развития. Яркий тому пример – лапки утки и курицы, в которых совершенно незначительно различается набор работающих генов.

В лапах утки работает ген Гремлин, который предотвращает смерть клеток межпальцевой перепонки. А у курицы он не работает, и перепонок нет. Важно то, что это – совсем незначительное изменение в моменте, в который включаются гены, но приводит оно к заметным эндемичным изменениям. В природе масса примеров таких изменений: у черепахи один ген работает таким образом, что привлекает к клеткам кожи клетки костей, в результате чего рёбра животного перестали выгибаться внутрь, а стали широкими и в конечном итоге превратились в панцирь.

Ещё одна современная история – это палеогенетика. Недавно учёные расшифровали ген неандертальцев. Раскопали кости, выделили ДНК и выяснили, как они выглядели, чем от нас отличались, подтвердили факт скрещивания наших предков с неандертальцами. Палеогенетика позволила дополнить восстановленный по черепу облик неандертальской девочки, рассказав, как она выглядела по цветам: у неё была светлая кожа, зелёные глаза и рыжевато-коричневые волосы.

«Жители африканского континента – единственные чистокровные homo sapiens на нашей планете»

В геноме каждого из нас порядка 2% неандертальского ДНК. Интересно, что это присуще только европейцам и живущим вне африканского континента людям. Сначала из Африки вышли неандертальцы и заселили Европу, затем из Африки же вышли кроманьонцы и начали общаться с неандертальцами. У всех, кто прошёл через Европу, есть неандертальская ДНК, а у тех, кто остался в Африке – неандертальской ДНК нет. Получается, что жители африканского континента – единственные чистокровные homo sapiens на нашей планете.

«Доказательства эволюции красивы и логичны»

Все живые существа разговаривают на одном языке. ДНК нужна, чтобы кодировать аминокислотную последовательность белка: это инструкция, которая рассказывает клетке, как строить белок, в какой последовательности нанизывать бусинки. Если взять ДНК человека и встроить его в кактус, кактус поймёт, как производить гены человека. И наоборот. Именно это позволяет нам заниматься генетической модификацией и доказывает, что мы все произошли от общего предка. Это – биохимическое доказательство эволюции.

Эмбрион дельфина имеет переднюю и заднюю ножки, потому что его предки бегали по суше. Но теперь эмбриональное развитие дельфина пришло к тому, что он эту ножку не отращивает, ведь она не понадобилась. Так выглядит эмбриологическое доказательство эволюции.

Когда мы смотрим на передние лапы живых организмов, мы можем проследить у них одни и те же кости. Это – морфологическое доказательство эволюции.

На промежутке между древними рыбами и четвероногими находится рыба с ножками, которая могла переползать из одного озера в другое, вдыхая воздух. Чтобы восполнить этот пробел, учёный Нил Шубин нашёл на карте места, где на поверхность выходят породы нужного возраста, и раскопал достаточно много скелетов тиктаалика. Позже он посвятил своему открытию книгу «Внутренняя рыба». Существование тиктаалика – это палеонтологическое доказательство эволюции.

«Эволюция не заморачивается над тем, чтобы всё работало хорошо»

Мы довольно плохо знаем биологию и склонны переоценивать степень совершенства того, как всё устроено в природе. Существует отличный пример с возвратным гортанным нервом. От мозга примитивной древней рыбы отходил нерв, который должен был управлять жаберными дугами. Когда же мы вышли на сушу и перестали ими пользоваться, те поднялись и стали мышцами гортани, косточками внутреннего уха.Однако вместо того, чтобы проходить путь из мозга до мышц гортани, нерв зацепился за кровеносный сосуд, идущий из сердца. Теперь возвратный гортанный нерв идёт вниз через шею, зацепляется за дугу аорты, поднимается вверх и только после этого нервирует мышцы гортани. И, например, у жирафа, где ему достаточно было пройти 5 сантиметров, он проходит 4 метра вверх и вниз.

Эволюция не заморачивается над тем, чтобы всё работало хорошо, она работает с тем, что есть и дорабатывает это напильником. Кстати, для людей это большая проблема, потому что гортанный нерв проходит мимо щитовидки, и хирургам приходится ухищряться, чтобы не повредить его во время операций на железе.

«Большинство людей недооценивают нашу генетическую и поведенческую близость с обезьянами»

На уровне ДНК установить родство помогли обломки ретровирусов. Попав туда до разделения видов, они встречаются и в генах человека, и в генах обезьян.

В 70-80-е годы обезьян активно обучали языку жестов, и они осваивали его на уровне трёхлетних детей. Говорящие на амслене (американском языке глухонемых) шимпанзе Уошо и горилла Коко помогли исследователям с целым рядом поведенческих открытий.

– Обезьяны хорошо отличают грамматику разных конструкций: видят разницу между «налей молоко в воду» и «налей воду в молоко».
– Обезьяны могут описывать события, которых они не видели, и делиться друг с другом информацией (одна подопытная обезьяна отказывалась идти туда, где гуляют собаки: об этом ей рассказали другие обезьяны).
– Обезьяны могут изобретать новые слова. Когда они сталкиваются с новыми предметами, они складывают названия из тех понятий, что им уже знакомы. Впервые увидев огурец, обезьяна назвала его «банан зелёный». Увидев лебедя – назвала его «птица вода».
– Обезьяны могут переносить значения слов с одних предметов на другие. Уошо учили открывать дверь, и она сама перенесла значение «открыть» на банки и на кран с водой.
– Обезьяны могут ругаться. Коко говорила исследователю, который ей не нравился, фразу «ты грязный плохой туалет». Она сама придумала, что слово «туалет» можно использовать в ругательном смысле.
– Говорящие обезьяны антропоморфизируют себя. Когда нужно было разделить пачки фотографий на людей и животных, себя и знакомых по исследованию обезьян они уверенно клали в папку «Люди», а фото незнакомых обезьян определяли к животным – кошкам, свиньям и другим.

«А ещё мы невероятно антропоцентричны и не верим, что из случайных процессов в природе может получиться что-то хорошее»

Что читать, чтобы больше узнать о теории эволюции?

– Ася Казанцева, «В интернете кто-то неправ!»
– Карл Циммер, «Эволюция. Триумф идеи»
– Нил Шубин, «Внутренняя рыба»
– Мэтт Ридли, «Секс и эволюция человеческой природы»
– Ричард Докинз, «Расширенный фенотип»
– Александр Марков, «Эволюция человека. Обезьяны, кости и гены»
– Шон Кэролл, «Бесконечное число самых прекрасных форм»
– Александр Марков, «Эволюция человека. Обезьяны, нейроны, душа»
– Александр Марков, «Рождение сложности»
– Евгений Кунин, «Логика случая».