Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста - Ричард Докинз

ДНК-архивы можно использовать для воссоздания истории во всех тех случаях, когда мы уверены, что половой процесс оставался в стороне. Тут мне приходят в голову два важных примера. Один — это африканская Ева, к которой я сейчас перейду. Другой пример — это изучение родства не между представителями одного вида, а между разными видами. Нам уже известно из предыдущей главы, что половое размножение перемешивает ДНК исключительно внутри вида. Как только дочерний вид отпочковывается от родительского, генная река разделяется на два рукава. По прошествии достаточного времени после этого расхождения половой процесс, перемешивающий гены в пределах каждой из рек, не только не является помехой для генетика-архивариуса, но даже проливает свет на родство между видами и на их предков. Он уничтожает только те улики, которые касаются внутривидового родства. Там же, где дело касается родства между видами, он помогает, поскольку непроизвольно делает так, что каждая особь оказывается хорошим генетическим образцом своего вида. Неважно, в каком месте зачерпывать воду, если она хорошо перемешана: взятая вами проба воды будет типичной для всей реки.

ДНК-тексты представителей разных видов были в самом деле по-буквенно сопоставлены друг с другом, и этот подход, оказавшийся очень успешным, позволил выстроить межвидовое генеалогическое древо. Если верить одной влиятельной научной школе, у нас даже есть возможность установить даты точек ветвления. Возможность эта следует из такого не вполне общепризнанного понятия, как «молекулярные часы», — предположения о том, что на любом конкретном отрезке генетического текста частота мутаций остается неизменной в течение миллионов лет. Немного погодя мы еще вернемся к этой гипотезе.

Тот «абзац» в наших генах, где описывается белок под названием «цитохром c», имеет длину 339 букв. Человеческий цитохром c отличается от цитохрома c лошадей, наших весьма дальних родственников, двенадцатью буквами. И только одной буквой он отличается от цитохрома c обезьян (нашей несомненно близкой родни). Одна буква отличает лошадей от ослов (их очень близких родственников), и три — от свиней (родственных им в несколько меньшей степени). Сорок пять буквенных замен отделяет человека от дрожжей, и столько же — дрожжи от свиньи. В том, что две эти величины одинаковы, нет ничего удивительного, ведь если двигаться назад по реке, ведущей к человеку, то она соединится с рекой, ведущей к свиньям, намного раньше, чем их общая река сольется с рекой, ведущей к дрожжам. Тем не менее имеется и маленькая нестыковка. Количество буквенных замен, которыми лошади отличаются от дрожжей, равняется не сорока пяти, а сорока шести. Это не означает, что дрожжи связаны со свиньями более близким родством, чем с лошадьми. И свиньи, и лошади, как и все позвоночные — да и вообще все животные, — родственны дрожжам в абсолютно равной мере. Возможно, какое-то дополнительное изменение произошло с лошадиным племенем уже после того, как его относительно недавние предки отделились от предков свиней. Это несущественно. В целом число буквенных замен в цитохроме c, которыми разные живые существа отличаются друг от друга, неплохо соответствует уже имевшимся у нас представлениям о том, как должно было ветвиться эволюционное древо.

Итак, согласно теории молекулярных часов, любой отдельно взятый участок генетического текста меняется на протяжении миллионов лет с более или менее постоянной скоростью. В случае с сорока шестью буквами, различающимися у лошадей и у дрожжей, считается, что примерно половина этих различий возникла в ходе эволюции от общего предка к современным лошадям и еще примерно половина — в ходе эволюции от общего предка к современным дрожжам (очевидно, что на оба этих эволюционных пути было потрачено одно и то же количество миллионов лет). Такое предположение может на первый взгляд показаться неожиданным. В конце концов, есть основания думать, что этот общий предок был больше похож на дрожжи, чем на лошадь. Разрешить затруднение помогает гипотеза, которую смело предложил выдающийся японский генетик Мотоо Кимура и которая приобретает все большее и большее признание. Состоит она в том, что основная масса генетических текстов может сколько угодно подвергаться искажениям, но смысл текста будет при этом оставаться неизменным.

Тут уместна аналогия с изменениями шрифта в напечатанном предложении. «Лошади — это млекопитающие». «Дрожжи — это грибы». Смысл обоих высказываний доходит до нас совершенно ясно, несмотря на то что каждое слово напечатано своим шрифтом. Один миллион лет за другим молекулярные часы отсчитывают время чем-то вроде такого вот бессмысленного варьирования шрифта. Те изменения, которые служат материалом для естественного отбора и которые заключают в себе различия между лошадью и дрожжами, — изменения смысла предложений — это только верхушка айсберга.

Некоторые молекулы «тикают» быстрее, чем прочие. Цитохром c эволюционирует относительно медленно: примерно одна буквенная замена в двадцать пять миллионов лет. Дело тут, вероятно, в том, что жизненно необходимое для организма функционирование цитохрома c напрямую связано с точной структурой этого белка. Большинство изменений в молекуле, требования к форме которой столь высоки, не допускается естественным отбором. Другие же белки — например, так называемые фибринопептиды, — хотя они тоже важны, одинаково хорошо справляются со своими задачами, имея самую разную форму. Фибринопептиды участвуют в свертывании крови, и большинство изменений их структуры никак не сказывается на их роли в этом процессе. Частота мутаций в этих белках равна приблизительно одной замене в шестьсот тысяч лет, то есть более чем в сорок раз выше, чем у цитохрома c. Таким образом, фибринопептиды не годятся для восстановления информации о далеких предках, но зато они могут быть полезны, чтобы реконструировать родословные в более мелком масштабе — к примеру, внутри класса млекопитающих. Существуют сотни различных белков, каждый из которых меняется со свойственной только ему скоростью и может быть независимо использован для построения генеалогических деревьев. Древо во всех случаях получается примерно одно и то же, и это, кстати, является неплохим доказательством теории эволюции — если только тут нужны еще доказательства.

Мы начали этот разговор с признания того факта, что перемешивание в результате полового процесса сводит всю генетическую летопись на нет, и отметили два способа отделаться от последствий такого разрушительного воздействия. Только что речь шла о первом способе, основывающемся на том, что половой процесс не перемешивает гены разных видов. Это открывает перед нами возможность использовать ДНК-последовательности для воссоздания генеалогии наших далеких предков, живших задолго до того, как мы приняли человеческий облик. Но мы уже согласились с тем, что если углубляться настолько далеко в прошлое, то все мы, люди, в любом случае окажемся потомками одной и той же конкретной особи. И нам хотелось бы выяснить, вплоть до какого момента это будет так — когда жил последний общий предок всего человечества. Для этого нам придется обратиться к ДНК-доказательствам другого рода. И вот тут-то на сцене появляется африканская Ева.

Ее еще называют митохондриальной Евой. Митохондрии — это крошечные продолговатые тельца, которые тысячами кишат в каждой из наших клеток. В принципе они полые, но со сложной внутренней системой мембранных перегородок. Площадь этих перегородок намного обширнее, чем можно было бы подумать, исходя из внешнего вида митохондрий, и вся она используется. Мембраны митохондрий — это конвейеры химического завода или, скорее, энергетической станции. По ним проходит цепочка тщательно контролируемых химических преобразований, и этапов в ней больше, чем может позволить себе любой химзавод, построенный людьми. В результате этих преобразований энергия, которая содержится в молекулах пищи, аккуратно высвобождается и сохраняется в удобной для использования форме, с тем чтобы впоследствии послужить организму топливом — в той его части и в тот момент, где и когда это понадобится. Без своих митохондрий мы бы погибли в одну секунду.