Деградация вместо эволюции?

Горе от ума
Анастасия Казанцева, STRF.ru

Медицина уничтожила эволюцию: теперь выживает не наиболее приспособленный, а своевременно обратившийся к врачу. Это приводит к тому, что количество вредных мутаций в генофонде возрастает с каждым поколением. Биолог Алексей Кондрашов успокаивает: от этой проблемы человечество, скорее всего, не вымрет, максимум – поглупеет.

Кондрашов Алексей Симонович, эволюционный биолог, профессор Мичиганского университета. Его имя вошло в учебники благодаря термину «гипотеза Кондрашова» – она объясняет существование полового размножения необходимостью избавления от вредных мутаций (или по крайней мере компенсации их здоровой копией того же гена, полученной от другого родителя). Сегодня учёный работает над проблемами молекулярной биологии, такими как эволюция белков, и занимается изучением спонтанных мутаций в популяциях дрозофилы. Этой осенью Кондрашов приехал в Москву и весь октябрь читал лекционный курс «Введение в эволюционную биологию» для студентов МГУ. Кроме ежедневных лекций для биологов, Кондрашов провёл несколько научно-популярных лекций для широкой аудитории. Одна из них, «Эволюционная биология человека и охрана здоровья», прошла в четверг, 21 октября, в Политехническом музее.

«Я демонстрирую собой если не важность эволюционной биологии, то по крайней мере важность охраны здоровья, поскольку голоса у меня нет никакого», – начинает лекцию охрипший от постоянных выступлений Кондрашов. На самом деле, конечно же, он демонстрирует именно важность эволюционной биологии: только вершина эволюции может, не обладая голосом, два часа удерживать аудиторию в состоянии полного восторга.

После необходимого в любой биологической лекции реверанса в сторону Луки (LUCA – last universal common ancestor, последний общий предок) и краткого пояснения темы («то обстоятельство, что современный человек является продуктом длительной эволюции, имеет прямое отношение к разнообразным аспектам медицины») Кондрашов рассказывает слушателям, кто мы такие.

Мы – эуархонтоглиресы

Так называется тёплая компания млекопитающих, объединённая по результатам молекулярно-генетических исследований, которая включает в себя нас и наших ближайших родственников. Родственники – это крысы и зайцы, а мы – это тупайи, шерстокрылы и приматы.

Мокроносые обезьяны. Наш общий предок существовал менее 80 миллионов лет назад.
(Здесь и далее – слайды из презентации А.Кондрашова)

История приматов – это история странных мутаций, которые почему-то сохранились. Во-первых, у нас пострадал нос, а во-вторых – хвост. У всех нормальных животных нос влажный (слизь на носу улавливает молекулы пахучих веществ), но среди приматов появился – и достиг больших успехов – подотряд сухоносых обезьян. Потом от него отделились обезьяны, у которых нос узкий и ноздри направлены вниз. А примерно 20 миллионов лет назад общий предок человека, человекообразных обезьян и гиббонов утратил хвост.

Больше всего полезных вещей, конечно, утратили люди. Драматическая смена слайдов от ардипитека до современного человека демонстрирует, как мы постепенно теряли шерсть, хватательную функцию нижней конечности, большую челюсть и надбровные дуги. Приобрели мы большой мозг (1300 см³ против 400 см³ у шимпанзе), да ещё прямохождение, создающее массу трудностей в процессе рождения детёнышей с крупным мозгом. (Ardipithecus ramidus, на рисунке слева, – возможно, прямой предок современного человека. Жил около 5 миллионов лет назад, обладал хватательной нижней конечностью.)

Ошибки эволюции

«Эволюция обладает тем свойством, что она не всемогуща. Если кто-нибудь внимательно читает Дарвина, “Происхождение видов…” – эта книжка замечательна некоторой своей шизофреничностью. Потому что механизм эволюции – это естественный отбор, адаптации и всякие хорошие вещи, но когда Дарвин говорит о доказательствах эволюции, он говорит как раз о тех вещах, которые нельзя объяснить с точки зрения адаптации видов к современным условиям», – говорит Кондрашов.

Вещи, которые невозможно объяснить адаптацией к современным условиям, могли быть полезны – или просто безвредны – миллион лет назад. Эволюция не создаёт ничего идеального: каждый раз в результате естественного отбора остаётся что-нибудь более-менее приемлемое, позволяющее организму выживать и давать потомство. Это совершенно необязательно окажется самый лучший из теоретически возможных вариантов. Естественный отбор работает с существующими генами и создаёт новые структуры только на базе уже возникших. Нет никаких причин, по которым живые существа должны были бы быть совершенными: достаточно, чтобы они были чуть-чуть более жизнеспособными, чем конкуренты.

Любимый пример Кондрашова – это камбала: «Ископаемая камбала, которая плавала на боку одним глазом вверх и одним глазом вниз, – ей 50 миллионов лет. С тех пор она глаз нижний подняла наверх, вот так вот всё перекорежив, но, видимо, она уже никогда хорошей такой двусторонне симметричной, как скат, который в своё время сел на дно правильным образом, не станет».

Другой классический пример – это инвертированный глаз. В отличие от головоногих моллюсков, у позвоночных животных светочувствительные клетки находятся не на передней поверхности сетчатки, а на задней и загорожены от поступающего света множеством нервных клеток и кровеносных сосудов. В результате человек улавливает только 10 процентов поступающих фотонов. Главная проблема такого строения глаза – существование слепого пятна, зоны без светочувствительных клеток, через которую нервные волокна должны пройти, чтобы передать сигнал в мозг: по границе слепого пятна легко отслаивается стекловидное тело или, что намного хуже, сама сетчатка.

Очень много доказательств несовершенства эволюции спрятано в нашем геноме. Гемофилия типа А в половине случаев не унаследована от родителей, а возникла в результате новой мутации: рядом с геном, кодирующим восьмой фактор свёртывания крови, есть мобильный генетический элемент, который может встроиться в середину смысловой последовательности ДНК и нарушить производство белка. Похожая ситуация с синдромом кошачьего глаза: это заболевание возникает в результате удвоения фрагмента ДНК, также спровоцированного перемещениями находящихся рядом мобильных элементов.

По оценкам учёных, геном каждого человека содержит около тысячи вредных мутаций. Как правило, эти мутации не сказываются на способности к тому, чтобы жить и оставлять потомство – иначе они бы интенсивнее отсеивались естественным отбором. Тем не менее они могут иметь серьёзные негативные последствия в том случае, если ребёнок унаследовал нарушенные копии одного и того же гена от обоих родителей (именно в этом – основная опасность близкородственных скрещиваний), и могут увеличивать вероятность многофакторных заболеваний – диабета, рака и так далее.

Перспективы биотехнологий

К расшифровке генома каждого человека Кондрашов относится скептически. Он вполне допускает, что через 20 лет это станет нормальной ситуацией, но не уверен, что такой подход принесет заметную пользу. Он приводит пример с раком груди, вероятность которого многократно увеличивается при мутации в гене BRCA1. Выявление таких мутаций действительно позволяет спасти жизнь их носительницам, но проблема в том, что 97 процентов случаев рака груди возникает у людей, у которых мутации в гене BRCA1 нет.

Генов, однозначно связанных с какими-то тяжёлыми нарушениями, сегодня известно не очень много, и выявить их у себя в геноме может любой желающий (сегодня это дорогая, но доступная в большинстве крупных городов услуга). Остальные известные вредные гены просто до какой-то степени увеличивают вероятность развития заболеваний, и тот факт, что их у каждого человека около тысячи, ставит под сомнение рациональность их исследования. «Ну вот мне скажут: профессор, там у вас 84 мутации, приводящие к гипертонии, 34 мутации, приводящие к старческому слабоумию, и так далее, и так далее. И что я буду с этой информацией делать? Дальше мне доктор скажет: ну надо, там, витамины кушать, бегать по утрам, там, водку не пить, ну и прочие полезные вещи. Это всё совершенно справедливо, но это верно и без того. Можно геном для этого не секвенировать», – иронизирует лектор.

Из всех перспектив медицины XXI века Кондрашову больше всего нравится замена митохондрий. Митохондрии – это внутриклеточные органеллы, которые используют глюкозу и кислород для производства молекулы АТФ, батарейки, которая обеспечивает энергией все процессы, происходящие в клетке. У митохондрий есть своя собственная ДНК (по общепринятой гипотезе, митохондрии – потомки бактерий, однажды поселившиеся внутри нашего одноклеточного предка), и мутации в этой ДНК приводят к тяжёлым нарушениям здоровья, например митохондриальной энцефаломиопатии. Синтезировать геном митохондрий уже практически научились, перенести его в митохондрии и вставить их в яйцеклетку – дело техники. Кондрашов считает, что в ближайшие десять лет это будет сделано.

Эволюция человека и его опухолей

Естественный отбор в популяции человека практически не действует. Ещё сто лет назад он имел место: младенческая смертность была огромной, и вероятность выжить была больше у ребёнка с удачной комбинацией генов. Теперь этот ребёнок пьёт чистую воду, делает прививки, лечится антибиотиками, подвергается пересадке костного мозга или генной терапии, и с каждым годом будет оставаться всё меньше генетических нарушений, которые не может скорректировать медицина. К тому же количество детей, благодаря появлению эффективной контрацепции и эффективного экстракорпорального оплодотворения, больше не зависит от генотипа родителей (разве что если считать, что генотип определяет желание или нежелание заводить детей, но эта тема требует отдельной лекции).

Пока естественный отбор был, он привёл к ряду интересных отличий между разными популяциями человека. Например, у жителей Тибета есть около десяти адаптаций к жизни в разреженном высокогорном воздухе. У северных европейцев и у банту распространена мутация, благодаря которой выросший человек не теряет способности усваивать лактозу (молочный сахар). Иногда такие отличия между популяциями приводят к проблемам: например, злоупотребление жирной и сладкой пищей приводит к диабету второго типа у многих людей, но вероятность этого у американского индейца – намного выше, чем у европеоида.

Теперь естественного отбора нет, и исследования Кондрашова показывают, что это плохо: у дрозофил, лишённых влияния отбора, через пятьдесят поколений катастрофически падает приспособленность – и продолжительность жизни, и яйценоскость, и способность к конкуренции с другими дрозофилами. Правда, лектор оптимистичен: говорит, что у человечества есть шансы умереть быстрее, чем за пятьдесят поколений, из-за изменений климата.

Кондрашов приводит неожиданный пример естественного отбора: оказывается, в организме человека ему подвергаются клетки злокачественных опухолей. Раковая клетка – это всегда мутант, у которого нарушены механизмы контроля клеточного цикла. Если в опухоли есть несколько разных мутантов, то победит самый злокачественный из них: тот, который быстрее всех размножается. Существуют эксперименты с пересаживанием раковых клеток, которые показывают, что с каждой следующей пересадкой рак становится всё более живучим и агрессивным.

Слева – метастазы в лёгких мыши после введения ей клеток опухоли.
Справа – метастазы в лёгких мыши после введения ей потомков той же опухоли,
прошедших через трёх мышей и научившихся размножаться очень эффективно

Нужно ли бояться?

При делении клеток всё время возникают мутации, и именно благодаря этому вообще возможна эволюция. Биологи обычно относятся к мутациям с уважением. Кондрашов считает, что новое изменение в генах в лучшем случае не имеет смысла, в худшем – приносит вред, а полезным может оказаться с ничтожной вероятностью. Аудитория волнуется – что же, генетическая изменчивость вообще не нужна? Лектор поясняет свою позицию:

– Конечно, бывают случаи, когда генетическое разнообразие хорошо – ну вот если ты негр, то хорошо быть чёрным, если белый, то хорошо быть белым. Более того, бывают эти ужасные случаи преимущества гетерозигот. Ну вот серповидно-клеточная анемия всем известный случай, и, видимо, есть иудаистские… у евреев-ашкенази болезни гетто. Если ты живёшь в гетто полторы тысячи лет, главный фактор смертности – туберкулёз, и если у тебя лизосомный какой-нибудь фермент наполовину испорчен, то якобы почему-то это тебя от туберкулёза немножко защищает. И такие вещи, как болезнь Тея-Сакса и прочие, которые именно у евреев-ашкенази в огромном количестве встречаются, видимо, результат вот такого, значит, такой генетической изменчивости. Но я предлагаю лечить туберкулёз не носительством болезни Тея-Сакса, а каким-нибудь более человеческим способом.

Из лекции слушатели поняли, что генофонд человека становится всё хуже и хуже, а биотехнологии всё ещё не настолько совершенны, чтобы всё исправить. Поэтому большая часть вопросов сводилась к классическому «что делать?» Кондрашов успокаивает: делать пока ничего не надо. У человечества есть и другие проблемы:

– И сейчас он [естественный отбор] не полностью выключен, но в каких-нибудь популяциях вроде Японии его выключение очень близко к полному. Но это явление буквально последних десятилетий, то есть этот  процесс бесконтрольного накопления вредных мутаций – он ещё запущен далеко не во всех популяциях, он только-только начался. Но я действительно не хочу драматизировать, потому что это всё слишком серьёзные вещи, чтобы драматизировать. И столько всяких вызовов стоит перед человечеством, которые могут всех уничтожить в масштабах одного-двух поколений, что думать о том, что будет через десять поколений, это как-то безответственно… то есть не думать, а тратить какие-то ресурсы на это.

Чем именно грозит человечеству накопление вредных мутаций? Оказывается, в первую очередь мы поглупеем. Возможно, благодаря этому вопрос о судьбах человечества перестанет нас волновать:

– Ясно, что последствия для человека плохие, если у моего внука на 20 вредных мутаций больше, чем у меня, а у моего прапрапрапраправнука на 200. Ясно, что это плохо. К чему это приведёт? Ну по всей видимости, люди будут тупеть, прежде всего, потому что большая часть наших генов экспрессируется в мозге, так что это самая большая мишень для вот этих вредных мутаций.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
26.10.2010