ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

В настоящее время Сабети изучает естественную устойчивость к западноафриканской лихорадке ласса. Этот вирус вызывает геморрагическую лихорадку, клинически схожую с лихорадкой эбола, но с меньшим процентом летальности. В Нигерии и Сьерра-Леоне на удивление много людей, обладающих естественной невосприимчивостью к этому вирусу. Сабети надеется, что ее генетическое расследование позволит выявить источник этой невосприимчивости и поможет предотвратить новые эпидемии.

Однако интересны не столько небольшие различия между отдельными расами, как те черты, которые нас объединяют – и, соответственно, отличают от наших ближайших родичей. Как мы уже убедились, наши с шимпанзе эволюционные линии разделились 5–7 миллионов лет тому назад, и за это время наши геномы разошлись не более чем на 1 %. Тем не менее на этот 1 % приходятся критически важные мутации, благодаря которым мы превратились в таких необычных мыслящих и говорящих существ. Возможны дискуссии о том, обладают ли представители других видов теми или иными ограниченными формами сознания, но в их роду определенно не появилось представителей уровня Леонардо да Винчи или Френсиса Крика.

Хромосомы у человека и у шимпанзе очень похожи. Однако у шимпанзе двадцать четыре пары хромосом, а у нас – двадцать три. По-видимому, хромосома 2 образовалась от слияния двух других хромосом, которые у шимпанзе являются раздельными. Кроме того, у шимпанзе и у человека различаются хромосомы 9 (крупнее у человека) и 12 (крупнее у шимпанзе). Сложно сказать, окажутся ли эти хромосомные различия существенными в дальнейшем.

Некоторые наиболее захватывающие новейшие открытия, связанные с тем самым «одним процентом» различий между человеком и шимпанзе, подчиняются простой эволюционной логике. Как мы убедились, естественный отбор превосходно сохраняет аминокислотные последовательности важных белков: мутация, которая испортит этот белок, естественным образом будет отбракована из популяции, поскольку носитель этой мутации окажется уязвим для факторов окружающей среды. Как следствие этого мы наблюдаем отличное сохранение общих генетических последовательностей у таких разных организмов, как человек и нематода. А как же случаи, когда правило сохранения генов в человеческой эволюционной линии нарушалось? Может быть, именно к таким участкам следует присмотреться: ген сохранялся на протяжении сотен миллионов лет, а затем, именно у наших предков, стал стремительно развиваться, вероятно, в ответ на действие некоего фактора отбора, воздействовавшего именно на человека. Типичный пример – ген FOXP2, наличие которого связывают с развитием языковых навыков человека[16]. Аминокислотная последовательность этого гена более или менее идентична у всех млекопитающих – что означает сильную селективную консервацию – кроме нашего вида (включая неандертальцев и денисовцев). Поэтому очень соблазнительно (но пока преждевременно) предположить, что FOXP2 – тот самый эволюционный «дым», которого не бывает без огня, и именно с его участием произошел критически важный шаг к возникновению языка как средства общения. В пользу этой идеи говорят исследования, выполненные на генетически измененной линии мышей. Сванте Паа-бо, Вольфганг Энард и их коллеги внедрили этим мышам человеческий вариант FOXP2. У созданных химерных мышей, в чей белок FOXP2 были внесены две «человеческие» аминокислотные замены, было отмечено «качественное изменение вокальных сигналов, подаваемых детенышами». У взрослых грызунов было отмечено снижение исследовательского поведения и сниженные уровни дофамина в мозге, что позволяет предположить воздействие «гуманизированного» FOXP2 на базальные ганглии. Вряд ли «вокал» этих мышей можно сравнить с пением Барри Уайта, а важность этого гена для развития речи по-прежнему обсуждается, но FOXP2 остается одним из наиболее интригующих генетических различий между человеком и шимпанзе.

В 2005 году исследователи завершили первый этап проекта секвенирования генома шимпанзе и подтвердили, что генетические вариации между нами и шимпанзе составляют примерно 1 %, это выяснили еще Кинг и Уилсон до того, как было изобретено секвенирование ДНК. В этом исходном наборе в двух аналогичных последовательностях ДНК зафиксировано около 35 миллионов различий. Однако другое сравнение показало, что два вида различаются тысячами «удаленных» и «вставленных» фрагментов ДНК, и тогда суммарное число различий в геноме составляет около 90 миллионов пар оснований. Таким образом, мы и наши ближайшие родичи в животном мире схожи примерно на 96 %. В любом случае, располагая таким каталогом, можно сосредоточиться на изучении важнейших различий, которые находятся не только в генах, но и в некодирующих последовательностях и влияют на их регуляцию. Сегодня расшифрованы и геномы других человекообразных обезьян, занявшие достойное место в нашей драгоценной коллекции – я имею в виду геномы орангутана и гориллы. У меня есть догадка, что люди – просто человекообразные обезьяны с несколькими уникальными (особыми) генетическими переключателями.

Величайшая миссия молекулярной биологии – ответить на вопросы о нас и о происхождении нашего вида. Каждый человек в душе жаждет узнать столь же подробную историю о собственном происхождении. ДНК также позволяет построить и более индивидуализированное родословное древо. Можно сказать, что в моей ДНК записана история моей эволюционной линии, тот сюжет, который я могу рассматривать с различным приближением, то есть имею возможность вставить мою последовательность нуклеотидов в эволюционное древо человечества, построенное Канн и Уилсоном, что позволит пристальнее всмотреться в прошлое моей семьи. Моя Y-хромосома и мтДНК поведают две разные истории – о предках отца и о предках матери.

Я никогда не интересовался генеалогией. Но в моей семье, подозреваю, как и во многих, есть фамильный архивист. В нашем случае это тетушка Бетти, всю жизнь выяснявшая, кто с кем состоит в родстве и каким образом произошли эти браки. Именно она определила, что Уотсоны происходят из породы лоулендских шотландцев (прибывших со Среднешотландской низменности), впервые обосновавшихся в США в Камдене, штат Нью-Джерси, в 1795 году. Именно она настаивала, что у меня по отцовской линии есть какой-то предок из дома Эйба Линкольна, Спрингфилд, штат Иллинойс. Персонально меня больше всего интересовали мои ирландские корни – моя бабушка по материнской линии была ирландкой. Дед и бабка моей матери бежали из Ирландии в 1840-е годы, когда из-за неурожая картофеля разразился великий голод, и оказались в Индиане, где дед моей матери Майкл Глисон умер в 1899 году, том самом, когда она родилась. На могильном камне Глисона написано, что он прибыл из ирландского городка Глей.

Побывав в Ирландии, я попытался побольше разузнать о своем прапрадедушке в краеведческом центре города Нина, графство Типперэри (ранее в этом здании располагалась тюрьма). Мои попытки полностью провалились. Поскольку я не обнаружил ни одного упоминания о городке Глей, мне оставалось лишь заключить, что топоним на могиле моего предка (вероятно, неграмотного), был просто выдуман. На этом я забросил генеалогические изыскания, однако совсем недавно к ним вернулся. Теперь, когда Канн и Уилсон уже очертили контекст моего родословного древа, появилось желание выяснить, где на нем я. Такие компании, как Ancestry.com и 23andMe, позволяют взглянуть на генеалогические исследования в новом свете: на смену пыльным архивам пришли высокотехнологичные лабораторные методы. К сожалению, анализы показывают, что у меня в роду романтика и экзотика полностью отсутствуют. Действительно, как и предполагалось, я – отпрыск самых обычных шотландско-ирландских крестьян. Зная это, я не смогу обвинить в собственном крутом нраве каких-нибудь древних викингов, которые могли бы «совершить вторжение» в мою родословную.