Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Но как возникли эти механизмы? Как определились места, где допускаются мутации? Как возник сам генетический код? Такие вопросы можно продолжать бесконечно.
— Да, и я отвечу только на первый из них: точно известно, откуда в иммунной системе взялись белки, отвечающие за вырезание и комбинирование кусочков генома. Они были получены извне. Существуют похожие на вирусы мобильные генетические элементы — транспозоны. Они не так легко, как вирусы, передаются "по горизонтали", но иногда это случается. Главная же особенность транспозонов в том, что они очень хорошо умеют вырезать куски генома и переставлять их с места на место. Они этим живут испокон веков. Вот они-то и принесли эти механизмы в организм позвоночных.
Простейший такой элемент имеет только один ген — ген фермента транспозазы. Этот фермент находит в чужом геноме нужное место и встраивает туда свой мобильный элемент. Когда-то в ходе эволюции произошло важнейшее событие — позвоночные животные вступили в симбиоз с этими элементами, и функция, которая эволюционно возникла для размножения транспозонов, пригодилась для создания приобретенного иммунитета.
Это очень важный принцип эволюции — а может быть, и самый главный. Без симбиоза темпы эволюции были бы в миллионы раз меньше.
Сама эукариотическая (имеющая ядро) клетка возникла в результате серии последовательных симбиозов безъядерных прокариотических клеток — они превратились в митохондрии и другие органеллы. Если бы этого не произошло, на Земле до сих пор жили бы только бактерии — ведь в природе так и не появились многоклеточные прокариотические организмы. Они не раз вплотную подходили к многоклеточности — но не могли преодолеть некий предел сложности организации.
Симбионты и биосфера
Как работает симбиоз в эволюции на более крупных масштабах?
— Иногда он работает в масштабах всей биосферы. Современную биосферу во многом создали растительноядные животные: насекомые, грызуны, жвачные. Они перерабатывают биомассу растений, поддерживают соотношение лесов, степей, болот. Есть теория (которую я разделяю), что нынешняя тундра, тайга и болота в Америке и Евразии сформировались на месте высокопродуктивных мамонтовых степей, после того как исчезли крупные травоядные, опора степной экосистемы. Сейчас в Африке, в парке Серенгети, можно видеть гигантские стада антилоп, стада слонов, носорогов — такая же картина была в Евразии и Северной Америке 10–12 тысяч лет назад. Роль травоядных животных в биосфере огромна — но парадокс в том, что они практически не умеют переваривать растительную пищу. У них так и не выработались нужные ферменты. Тем не менее, свое главное дело они все же делают — за счет симбиоза. У всех травоядных в пищеварительном тракте есть симбионты, которые и переваривают растительную пищу: бактерии, инфузории, жгутиконосцы. В некотором смысле корова служит просто термостатом для развития инфузорий, да еще и обеспечивает их пищей!
То есть корова — устройство, которое создала инфузория для повышения своей приспособленности?
— Здесь была совместная эволюция — если уж прибегать к метафорам, то корова и инфузория совместно создавали друг друга. Причем заметьте, что инфузория тоже ведь не может переварить целлюлозу! Это делают бактерии, живущие в симбиозе с инфузорией. Она глотает кусочки целлюлозы и отдает их своим бактериям — а потом питается той органикой, что производят бактерии. А корова питается тем, что производит инфузория. Если бы не симбиоз, животный мир как таковой не получил бы столь мощного развития. Он был бы вообще не нужен биосфере.
Посмотрим и на растительный мир — сейчас доминируют высшие сосудистые наземные растения. Им всем нужен азот в доступной форме — нитраты или аммоний. Но они не имеют молекулярных механизмов, чтобы эти вещества производить. Перевести азот из атмосферы в усваиваемую растениями форму умеют лишь некоторые бактерии. Без симбиоза с азотофиксирующими бактериями не было бы современного растительного мира. И растительный, и животный мир основаны на глобальных симбиозах.
В эволюции участвуют симбиозы как единое целое, поэтому каждому виду не нужно создавать свои приспособления заново, с нуля. Существует обмен новшествами в пределах биосферы в широчайшем спектре: от горизонтального переноса генов до взаимодействия и кооперации в сообществах.
Что такое "я"?
Есть ли прогнозы о дальнейшей эволюции человека?
— Прогнозы тут ненадежны, факторов слишком много, и мы заведомо знаем далеко не все. Но кое-что сказать можно. Например, эволюционная судьба вида сильно зависит от его численности. Если численность высока, а изолированных популяций практически не осталось, эволюция резко замедляется. Новая мутация не может быстро распространиться на все материки, на миллиарды живущих ныне людей. Даже если она дает какие-то серьезные преимущества, для этого понадобится очень много времени. Быстрые эволюционные изменения происходят в маленькой изолированной популяции. Посадите группу людей на необитаемый остров и не трогайте их в течение миллиона лет. Когда вы придете посмотреть, что получилось, — скорее всего вас встретит новый вид.
Долгожданный новый человек!
— Вот именно. В реальности же за последние 20–30 тысяч лет строение организма, строение мозга не меняется. Разве что одни генетические варианты становятся более распространенными, нежели другие (на языке генетики — меняются частоты аллелей). Например, лактаза, фермент, который расщепляет молочный сахар, образуется только у младенцев. Поэтому практически все взрослые когда-то не могли пить молоко. Но вот появилось животноводство, и в тех районах, где оно было особенно развито (в Северной Европе, например), мутанты, у которых этот фермент продолжал работать во взрослом возрасте, получали преимущество — они лучше питались, быстрее росли, производили больше детей. Сегодня в Китае, других странах Азии, где нет традиционной культуры молочного животноводства, 70–80 % взрослых людей не могут пить цельное молоко. А в Швеции — наоборот, почти все могут.
Еще интересный пример — в районах, где высока опасность малярии, получила распространение мутация, вызывающая серповидно-клеточную анемию. Это тяжелое наследственное заболевание,
