Приспособиться и выжить! - Шон Кэрролл

Такая гонка вооружений — пример эволюции в ускоренном режиме. Активный отбор с обеих сторон ускоряет эволюционные изменения, что позволяет биологам изучать животных в процессе их эволюции.

Все змеи, пытающиеся переварить тритона, демонстрируют некоторые признаки отравления TTX: они не могут держать голову, становятся пассивными и не способны управлять своим телом. В лабораторных экспериментах большинство змей выпускают проглоченных тритонов и потом выздоравливают. Но даже самые крупные змеи, которым удается проглотить тритона целиком, иногда оказываются парализованными и погибают. И лишь немногие переваривают тритонов без вреда для собственного здоровья.

Возможно, вас заинтересует вопрос: почему змеи все же охотятся на такую опасную добычу? Ответ очевиден для каждого, кто когда-либо голодал. Приходится выбирать между голодом и недомоганием. Змеи с более высоким порогом чувствительности могут питаться тритонами, а с более низким — не могут. Да, змея может отравиться, но это лучше, чем остаться голодной. И, поскольку устойчивость передается по наследству, потомки более устойчивых особей также будут иметь это «преимущество» над потомками менее устойчивых особей. Это как салат из желе и зефира на пикнике. Меня от него тошнит, но зато редкие любители могут наконец съесть столько, сколько захотят.

Если бы тритоны или фугу составляли важный элемент нашего рациона питания, мы, возможно, также вступили бы с ними в гонку вооружений. К несчастью для того парня из Орегона, это не так. Однако мы, люди, находимся в непримиримой схватке с другими смертельными врагами. Некоторые баталии оставили заметный след в геноме отдельных групп населения, а какие-то еще не выиграны.

В этой главе я хочу рассказать о том, какие эволюционные процессы происходят с человеком и оставляют следы в нашей крови, плоти и ДНК. Сначала мы посмотрим, как физическая среда влияет на нашу эволюцию и генетику. Затем поговорим о том, каким образом гонка вооружений с различными инфицирующими агентами повлияла на историю человечества и человеческий геном. Мы с вами являемся потомками наиболее приспособленных — тех, кто смог пережить малярию, чуму, оспу и всевозможные другие напасти, и некоторые из наших генов хранят следы этих событий. Наконец, я расскажу о том, как в организме человека, также в результате эволюционного процесса, возникают раковые опухоли и как понимание механизмов этого процесса помогает создавать новое оружие для борьбы с раком. На этих примерах мы еще раз убедимся в том, что естественный отбор проявляется всякий раз, когда возникают различия между особями и начинается борьба за существование. Мы также увидим, что мутации и отбор — это отнюдь не «сухая теория», а по-прежнему вопрос жизни и смерти.

Человек против солнца

Одно из наиболее явных различий между людьми из разных частей света заключается в цвете кожи. Является ли цвет кожи продуктом эволюции под действием естественного отбора? Или, напротив, цвет кожи — это «всего лишь» отражение родства людей, живущих в одном и том же регионе?

Эти вопросы интересовали людей на протяжении долгого времени. Теории о значении цвета кожи человека стали появляться еще до Дарвина. Во время работы над книгой «О происхождении видов» Дарвин ничего не знал о том, что примерно за 40 лет до этого американский врач Уильям Чарльз Уэллс удивительно четко сформулировал суть принципа естественного отбора. Более того, он связал естественный отбор с некоторыми факторами, влияющими на разнообразие признаков в человеческой популяции.

Уэллс родился в 1757 г. в Южной Каролине в семье иммигрантов из Шотландии. Родители отправили его учиться в Шотландию, где в возрасте 13 лет он поступил в Университет Эдинбурга, но уже в 1771 г. вернулся в Чарльзтаун, чтобы брать уроки у доктора Александера — известного энтузиаста-ботаника и приверженца идей Карла Линнея. После окончания учебы Уэллс начал работать терапевтом, но наибольших успехов он достиг в исследованиях в области физиологии. Круг его интересов был широк: от механизма сокращения мышц до восстановления зрения. Он первым правильно объяснил механизм образования росы, за что Лондонское королевское общество вручило ему медаль Румфорда.

В 1813 году он написал статью, которая в стиле того времени была озаглавлена «Доклад о женской особи белой человеческой расы, часть кожи которой напоминает кожу негра». Статья была опубликована только в 1818 г., уже после смерти автора, в составе более полного труда, включавшего также его автобиографию (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Фронтиспис брошюры Уильяма Чарльза Уэллса, опубликованной после его смерти в 1818 г Уэллс первым правильно изложил идею естественного отбора. Текст на странице:

Два эссе. Первое — «О едином зрении двумя глазами», второе — «О росе». Письмо к достопочтенному Ллойду, лорду Кениону, и Доклад о женской особи белой человеческой расы, часть кожи которой напоминает кожу негра, с некоторыми наблюдениями о причинах различия цвета и формы людей белой и черной расы. Написано покойным Уильямом Чарльзом Уэллсом, доктором медицины, членом Королевского общества. А также Воспоминания о его жизни, изложенные им самим.

Лондон. Отпечатано для Арчибальда Констабля и Ко, Эдинбург. 1818.

Фотография любезно предоставлена библиотекой Университета Висконсина.

Уэллс не только сообщил о своих открытиях, но сделал также «Некоторые наблюдения о причинах различия цвета и формы людей белой и черной расы».

Уэллс отмечал, что «негры и мулаты» обладают иммунитетом против некоторых тропических болезней. Он также обратил внимание на то, что животные каждого вида в какой-то степени различаются и что производители улучшают свойства породы одомашненных животных с помощью селекции. А затем он сделал тот же шаг, что и Дарвин 40 лет спустя, и отметил, что все, чего производители добиваются искусственно, «по-видимому, с той же эффективностью, хотя и более медленно, осуществляется в природе, что выражается в формировании разнообразия людей, наиболее приспособленных для жизни в той стране, которую они населяют. В случайном разнообразии, которое проявлялось у первых разрозненных обитателей Центральной Африки, находились такие, которые лучше остальных переносили местные болезни. Эта раса впоследствии разрослась, а другие исчезли; не только из-за неспособности противостоять болезням, но и из-за неспособности выдержать соперничество со своими более сильными соседями. Мне кажется очевидным, что цвет кожи представителей наиболее сильной расы был темным. Но возможность возникновения различных форм продолжала существовать, поэтому со временем появлялись все более и более темные расы, а поскольку самый темный цвет кожи лучше всего соответствовал климату этих мест, он стал наиболее распространенным, если не единственным, цветом кожи в тех конкретных местах, откуда он произошел».

Дарвин узнал о работе Уэллса через несколько лет после публикации книги «О происхождении видов». В более позднем издании Дарвин привел обзор многих трудов на тему эволюции, предшествовавших выходу «Происхождения видов», в виде «Исторического наброска». В четвертом издании своей книги, увидевшем свет в 1866 г., Дарвин писал о том, что Уэллс «отчетливо» распознал «принципы естественного отбора» и что в трудах Уэллса «существование естественного отбора было признано впервые». Дарвин был прав в том, что отмечал заслуги Уэллса, но был ли Уэллс прав в своих суждениях относительно влияния естественного отбора на цвет кожи? Чтобы оценить справедливость гипотезы Уэллса, нужно познакомиться с законами физиологии и генетики, которые определяют цвет кожи, и проанализировать гены представителей различных этнических групп.

Цвет кожи (и волос) в первую очередь определяется относительным содержанием пигмента меланина, синтезируемого специализированными клетками кожи, называемыми меланоцитами. Процесс образования меланина изучен достаточно хорошо, а ключевой элемент этого процесса нам с вами уже знаком — это рецептор меланокортина-1 (MC1R), ответственный также за окраску меха, перьев и чешуи животных. Синтез меланина контролируется гормоном гипофиза, называемым α-меланоцит-стимулирующим гормоном (α-MSH), который связывается с MC1R меланоцитов и стимулирует образование меланина. Затем меланин из специализированных клеток переносится к клеткам кожи и волос.

Другой путь синтеза меланина стимулируется ультрафиолетовым излучением. Ультрафиолет способствует синтезу MC1R и α-MSH, что в свою очередь приводит к повышению уровня синтеза меланина. Именно это происходит в нашей коже, когда мы загораем.

Пигмент меланин — природный экран, защищающий нас от солнца. Он очень эффективно поглощает солнечный свет с разной длиной волны, включая ультрафиолетовую составляющую. Ультрафиолет оказывает пагубное действие на клетки. Хуже того, он действует непосредственно на ДНК и вызывает изменения, повреждающие заключенную в ней информацию. Таким образом, ультрафиолет — это мощный мутаген. Химические вещества, используемые в составе искусственных солнцезащитных кремов, подбирают по их способности поглощать ультрафиолетовое излучение. Однако важно знать, что ультрафиолет не только вреден, но и полезен. Он необходим для образования в коже витамина D3, который играет важную роль в усвоении кальция, а кальций в свою очередь необходим для образования и сохранения костной ткани. При недостаточности витамина D развивается остеопороз, а при крайней недостаточности — рахит. Вот почему для предотвращения недостаточности витамина D его иногда добавляют в молочные продукты.