Эволюция: Триумф идеи - Карл Циммер

В разные периоды истории человеку приходилось не только приспосабливаться к новому рациону питания, но и сталкиваться с различными болезнями. Племенам, обосновавшимся в тропических районах, приходилось бороться против малярии, потому что комары-переносчики в этом климате чувствуют себя прекрасно. В регионах, где распространена малярия, часто встречаются также болезни крови, практически неизвестные в других местах. К примеру, люди африканского и средиземноморского происхождения часто страдают серповидноклеточной анемией. Их эритроциты содержат видоизмененный ущербный гемоглобин (особые молекулы, при помощи которых клетка переносит кислород из легких). Отдавая кислород, гемоглобин в этих клетках сжимается, и сами клетки, съеживаясь, превращаются из пухлых шариков в тощие трубочки. В таком виде эритроциты застревают в мелких сосудах, формируя опасные сгустки или даже разрывая сосуды. Когда поврежденные эритроциты проходят через селезенку, лейкоциты распознают их как ущербные и уничтожают. Тромбообразование и потеря эритроцитов могут вызвать гниение костей и отслоение сетчатки; в конце концов серповидно-клеточная анемия вполне может убить.

Каждый год в Африке южнее Сахары рождается около 150 000 детей с этим диагнозом, и мало кто из них доживает до года. Чтобы получить серповидноклеточную анемию, человек должен унаследовать две копии мутантного гена, отвечающего за гемоглобин, — по одному от каждого из родителей. Одной копией такого гена обладает гораздо больше людей; у них гемоглобин также деформирован, но лишь слегка. Учитывая последствия, серповидноклеточная анемия должна была бы встречаться значительно реже, чем это происходит на самом деле. Практически неизбежная смерть людей с двумя копиями гена по идее должна была бы почти полностью вывести этот ген из обращения.

Но ген серповидноклеточной анемии не уходит потому, что способен не только отнимать, но и давать жизнь. Паразит, вызывающий самую неприятную форму малярии, Plasmodium falciparum, проникает в эритроциты человека и поедает гемоглобин. Он вызывает сильную лихорадку, а пораженные им эритроциты начинают склеиваться и быстро образуют смертельно опасные сгустки. Но если паразит пожирает гемоглобин в клетке с дефектным геном гемоглобина, клетка теряет кислород и схлопывается в серповидную форму. В таком виде она не может склеиваться с другими клетками, и опасных кровяных сгустков не возникает. Кроме того, серповидные клетки деформированы настолько явно, что лейкоциты в селезенке быстро распознают их и уничтожают вместе с притаившимся паразитом.

Таким образом, человек с одной копией серповидного гена может пережить приступ малярии, который убил бы человека с нормальными генами. Естественный отбор убирает копии гена в людях, которым их достается две штуки, но способствует его распространению, позволяя людям с одной копией гена иметь детей.

Ген серповидноклеточной анемии распространяется вместе с сельским хозяйством. Прежде, когда люди еще не возделывали землю, малярия, скорее всего, не была таким серьезным бичом, как сегодня. К примеру, 5000 лет назад большая часть Африки южнее Сахары была сплошь покрыта лесами. На нижнем «этаже» африканских лесов относительно немного комаров; большинство их видов сосет кровь птиц, обезьян, змей и других обитателей древесных крон. Но затем появились крестьяне, и начали вырубать леса и превращать их в возделываемые поля. На обнаженной эродирующей земле образовались грязные лужи и небольшие пруды, идеальная среда для размножения Anopheles gambiae — относительно редкого прежде вида комаров, которые предпочитают питаться человеческой кровью. Крестьяне, днем работавшие в полях, а на ночь возвращавшиеся в деревню, стали для этих комаров легкой добычей; вместе с кровью от человека к человеку путешествовали и плазмодии. Одновременно с распространением малярии начали развиваться и механизмы защиты от нее. Иными словами, серповидноклеточная анемия — это та цена, которую человечеству приходится платить за земледелие.

Иногда культура может изменить направление естественного отбора, но в целом она, вероятно, просто замедляет эволюцию человека до черепашьих темпов. Гены, которые когда-то снижали репродуктивный успех, сегодня не представляют такой опасности. К примеру, из каждых 10 000 детей в США один рождается с генетическим расстройством, известным как фенилкетонурия; у таких детей нарушен аминокислотный обмен, они не могут расщеплять аминокислоту фенилаланин. По мере того как они получают эту аминокислоту с пищей, фенилаланин накапливается у них в крови; рано или поздно уровень становится критическим, от этого страдает мозг и развивается умственная отсталость. Прежде мутации, вызывающие фенилкетонурию, снижали приспособленность человека, но теперь родители имеют доступ к медицинским знаниям и могут спасти своих детей. Диета с низким содержанием фенилаланина позволяет сохранить мозг детей здоровым. Благодаря медицине и другим изобретениям человеку удалось приглушить выраженные различия между успешными и неудачными генами и затруднить действие естественного отбора.

Не исключено, что в будущем культурная эволюция замедлит биологическую еще сильнее. Естественный отбор работает быстрее всего, когда разница в репродуктивном успехе отдельных людей очень заметна — кто-то вовсе не имеет детей, кто-то заводит многочисленное потомство. Сегодня люди во всем мире лучше питаются, лучше сохраняют здоровье, живут более обеспеченно — и заводят меньше детей. А поскольку различия в репродуктивном успехе людей становятся меньше, действие естественного отбора ослабевает.

Еще одну угрозу будущей эволюции представляет сам человеческий геном. Все люди на Земле происходят от маленькой группы гоминид, обитавшей в Африке между 170 000 и 60 000 лет назад. В этой небольшой исходной популяции генетическое разнообразие было относительно невелико, и времени по эволюционным меркам прошло немного, так что новое разнообразие появиться тоже не успело. В одной популяции шимпанзе, населяющей заповедник Тай в Кот д’Ивуаре, больше генетического разнообразия, чем во всем человеческом населении земного шара. Время от времени в разных популяциях людей, конечно, возникают мутации, и кое-где естественный отбор сумел подхватить и распространить новые гены — к примеру, там, где особенно важны молочная пища или борьба с малярией. Но гены, помимо всего прочего, способны распространяться и перемешиваться при контактах людей между собой. История человечества — это в первую очередь история смешения.

Луиджи Кавалли-Сфорца из Стэнфордского университета обнаружил в Италии «отпечаток» генов, принесенных сюда греческими колонистами, которые селились в южной части итальянского «сапога» и на востоке Сицилии; на западе Сицилии — финикийцев и карфагенян; на севере — кельтов. В окрестностях Генуи присутствуют следы загадочных лигурийцев, завоеванных римлянами; возле Тосканы гены этрусков сохранились до сегодняшнего дня, хотя их цивилизация исчезла с лица земли еще 2500 лет назад. В окрестностях Анконы сохранилась группа генов со времен цивилизации, существовавшей в этих краях 3000 лет назад и известной как умбро-оско-сабельская. Эти гены могли распространяться по Италии еще в те времена, когда путешествовать человек мог только на парусном судне или на лошади. По мере развития транспорта скорость распространения и смешения генов только увеличивалась. Европейцы прибыли в Новый Свет и привезли с собой африканских рабов. Началось смешение генов трех континентов. Сегодня иммигранты перемещаются на самолетах, и потоки генов на планете еще ускоряются. В бушующем море ДНК уже не существует изоляции, позволяющей возникнуть новому виду человека. В ближайшем будущем на великом эволюционном древе гоминид, включавшем в свое время 15 или даже больше видов, будет развиваться лишь одна ветвь — наша собственная. Но даже внутри вида естественному отбору очень трудно будет произвести сколько-нибудь заметные изменения.

Независимо от того, как ведет себя биологическая эволюция человека — катится вперед, как положено, ползет или вообще останавливается, — можно точно сказать, что вместе с человеком современного типа на Земле возник новый тип эволюции. Культура тоже эволюционирует. Эволюционируют языки, эволюционируют самолеты, эволюционируют музыка, математика, кулинария… даже мода на шляпки и та эволюционирует. Творения человека изменяются во времени, и их эволюция самым причудливым образом отражает биологическую эволюцию. Языки разветвляются и образуют новые примерно так же, как это происходит с видами животных: чем дольше диалект существует в изоляции от основного языка, тем более непохожим и своеобразным он становится. Ученые могут даже составить эволюционное древо языков и проследить таким образом их историю, причем методы здесь используются те же, что и при составлении эволюционного древа гоминид.