Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

Вход Вход
iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячая новость:
Закрытие раздела "Электронный архив журнала" с 1 июля 2017 г.
 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР


Органические молекулы в космосе
 
 

В ожидании превращений

Биологическая эволюция человека вовсе не завершилась, ведь шансы принести жизнеспособное потомство выше у тех, кто наилучшим образом приспособится к миру, в котором мы живем, – к миру, страдающему от глобального потепления, от загрязнения окружающей среды различными химикатами, от инфекционных заболеваний, которые обрушиваются на нас. При этом на классический эволюционный процесс оказывают очень сильное влияние эпигенетика, а также ценности, созданные человеческой культурой, и достижения нашей техники.

Нарисовать будетлянина, человека будущей планеты Земля, хочется, прибегнув к тем же изгибам линий, что надобны, чтобы очертить облик инопланетянина, человека другой планеты, похожей на Землю. Американский исследователь Алан Кван из Вашингтонского университета пару лет назад на основе компьютерных расчетов воссоздал облик человека таким, каким он будет через несколько десятков тысячелетий.

С пронзительной цепкостью он смотрит на мир огромными круглыми глазами, на которые налегают тяжелые веки. Его глаза напоминают прожекторы, призванные рассекать ночную мглу. А еще они похожи на глаза глубоководных рыб, коим приходится жить в кромешной тьме – далеко от поверхности воды. В самом сердце тьмы обретается и этот человек. Он, как и его близкие родственники, как и его далекие предки, совершает одно космическое путешествие за другим. Присмотреться к космической дали помогают ему эти глаза, крупные, как зеркала телескопов.

Ученые из Бирмингемского университета дорисовали этот портрет. Если уподобить человеческую голову зданию, расчетливо возведенному зодчим, то глаза рассекают стену сооружения, словно окна, занявшие немалую ее часть. Над ними же далеко вверх убегает надстройка – высокий, гордый лоб. Как установили авторы этой работы, уже за последние шесть с половиной веков пропорции человеческого черепа изменились. У современного человека лоб выше, чем у людей, населявших Европу в канун эпохи Возрождения.

Сами головы по прошествии многих тысячелетий станут массивнее, чтобы вместить в себя очень разросшийся мозг. Приобретут яйцевидную форму. Крупные ноздри этого человека будут жадно впитывать воздух, облегчая ему дыхание. В остальном же черты его лица – прямой нос, правильно очерченные глаза – будут отличаться необычайной симметрией, ведь люди будущего привыкнут уже не к косметическим, а к генетическим операциям. Поправляя геном своих детей, они станут устремлять их к идеалу человеческой красоты, каким его будут представлять себе люди того далекого времени.

Явившись из будущего, этот человек неотступно, как призрак, преследует тебя. В его взгляде – укоризна потомка, с удивлением увидевшего дикую, недоразвитую фигуру далекого пращура. Он – обычный мудрец из будущего. Ты – обычный человек из настоящего. И вам трудно понять друг друга. Долгий ряд превращений разделяет вас.

Возможно, когда-нибудь, через 100 тысяч лет, люди будут такими. К тому времени они расселятся во Вселенной, колонизовав суровые, пустынные планеты, затерянные среди космической тьмы. В разреженной атмосфере этих планет, рассекаемой потоками жесткого излучения, опасного для нас, они приживутся, как рыбы в воде или первые земноводные на суше. За это умение приспособиться к самым невыносимым условиям обитания они заплатят свою цену по нормам естественного отбора.

Приживется тот, кто выживет. Кто изменится. Кто в своем облике и стати будет обладать преимуществами перед другими, теми, чья внешность останется архаичной, несообразной с требованиями момента, направившими тебя в большое космическое путешествие.

Подобные существа, эти призраки, явившиеся из снов, из будущего, легко становятся персонажами фантастических рассказов и фильмов. Но и россыпь фактов, лежащих на пути «строгой науки», приводит нас, пожалуй что, к тому же образу – лику победителя естественного отбора.

(Сразу надо оговориться, что многие ученые отказываются гадать, каким станет человек будущего. Подобные прогнозы, как и любые предсказания вообще, находятся, как считают они, за гранью науки. Та же эволюция прин­ципиально непредсказуема. Мы же доверимся мнению тех, кто на такой прогноз отважился).

Фрамингемские девы

Любой прогноз является продолжением статистики, если его автор не хочет воспарить в мир фантазий. Один из самых нашумевших в научных кругах прогнозов несколько лет назад сделал биолог Стивен Стирнс из Йельского университета. Он вместе с коллегами проанализировал результаты медицинских обследований почти 14 тысяч жителей городка Фрамингем в штате Массачусетс, проводившихся начиная с 1948 года. Составленный ими обзор охватил три поколения жителей города. Это позволило ученым в деталях увидеть, как у одних семей их генеалогические древа разрастались, кустились, у других – чахли, а то и усыхали совсем. Увидев эти картины, можно было поразмышлять о том, что же питало каждое из этих древ, а что мешало им расти и процветать. В особенности ученых интересовало, как были связаны рост и вес женщин из этого американского местечка, их показатели кровяного давления и уровня холестерина с количеством их детей.

Выяснилось, что за последние полвека в этом районе США невысокие, крепко сбитые женщины, как правило, рожали больше детей, чем стройные, длинноногие, короче говоря, «сексапильные красотки». Опять же: чем ниже у женщин были показатели кровяного давления и чем ниже был уровень холестерина, тем больше детей у них появлялось на свет. То же самое можно сказать о женщинах, которые рано становились матерями; у них в среднем тоже было больше детей. Примечательно, что эти особенности унаследовали и их дочери, пишут авторы статьи в «Proceedings of the National Academy of Sciences».

По словам Стирнса, в наши дни естественный отбор среди людей проявляется, прежде всего, в том, что у одних рождается несколько детей, у других – ни одного. У женщин, наиболее приспособленных к современной жизни, по идее, должно быть больше детей. Их потомки унаследуют особенности их телосложения и другие признаки, определяемые генами, закрепят их в будущих поколениях.

Если тенденция, наблюдаемая в Фрамингеме в последние полвека, сохранится и впредь, то через несколько столетий, в XXIV—XXV веках, здешние женщины будут весить в среднем на килограмм больше, чем сегодня, а их рост окажется на два сантиметра ниже. Своего первого ребенка они будут рожать на 5 месяцев раньше, чем теперь, а климакс у них будет наступать в среднем на 10 месяцев позже. Быть может, кому-то покажется, что описываемые изменения протекают очень медленно, но, как правило, эволюционные процессы в мире животных развиваются так же неспешно.

В любом случае, рассуждая о том, «куда клонится индифферент ваших посягательств, эволюция», комментаторы иронично замечают, что она готова перечеркнуть надежды многих модниц. Ведь эти барышни со своими «диетами» и «идеалами красоты» – какой-то пережиток прошлого, то, что эволюцией будет отвергнуто, как атавизм, осложняющий нам жизнь. Матушка-Природа не любит худых, как хворостинка, призраков в женском обличье.

Что же служит причиной наметившихся изменений? Какие-то социальные и культурные факторы? Биологи, изучив статистические данные, собранные в медицинских учреждениях Фрамингема, проверили влияние этих факторов и – никакого такого влияния не заметили. Вопрос «что же служит причиной?» ждет ответа. Как бы то ни было, это одно из немногих исследований, чьи авторы сумели заметить, как протекают сегодня те эволюционные процессы, которые меняют облик человека.

А что было раньше?

Мы называем человека «венцом творения», но для эволюции не было и нет идеала, создав который, она успокоилась бы. Эволюция трудится без устали и перерыва. У нее нет никакой внятной цели, и она не завершит свой труд никогда – пока на Земле сохранится жизнь.

На протяжении всей истории человечества изменения в нашем геноме непрерывно накапливались. Некоторые из этих мутаций оказались судьбоносными для нас.

Так, около 200 тысяч лет назад произошла важнейшая мутация в гене FOXP2, который имеется и у других млекопитающих. Благодаря этой мутации мы приобрели необычайную способность – мы научились говорить! Недаром этот ген получил название «ген речи» (подробнее см. статью И. Лалаянца в «З-С», 8/03).

Около 50 тысяч лет назад жизнь человечества разительно изменилась. У людей развилось абстрактное мышление, они начали мыслить символами. Возникли первые пещерные галереи, появились изощренные орудия труда. Возможно, именно тогда в головном мозге человека, как молнии, впервые сверкнули религиозные озарения. Некоторые генетики, в частности, американский исследователь Брюс Лан, полагают, что этот переворот в мышлении первобытного человека был обусловлен мутацией генаMCHP1.

Эта идея, впрочем, вызвала резкую критику коллег. Ведь Лан убедился, что новым вариантом гена наделены 70% всех людей – кроме коренного населения Черной Африки. Этот факт вызвал обвинения в «генетическом расизме». Лан словно бы констатировал, что люди, живущие к югу от Сахары, являются людьми «второго сорта». От проведения дальнейших исследований после шума, поднятого в прессе, он вынужден был отказаться.

Около 7—8 тысяч лет назад, когда человек начал заниматься сельским хозяйством, генетические изменения у него стали нарастать. В то время многие племена, словно состязаясь друг с другом, принялись менять привычный для себя образ жизни. Вместо того, чтобы охотиться в лесах и полях или хотя бы собирать съедобные ягоды и травы по полянам и лощинам, эти люди стали вести оседлый образ жизни, возделывать землю, приручать животных.  

Следы этих разительных перемен ученые выявили и в нашем геноме. Так, американские ученые опубликовали недавно в «Nature» результаты проделанной ими статистической работы. Они составили перечень разновидностей 15 тысяч генов, которые встречаются у американцев европейского и африканского происхождения. Выяснилось, что более 75% этих вариантов появилось в последние 5—10 тысяч лет – в то время, когда люди стали заниматься сельским хозяйством.

Эволюция не кончилась в каменном веке

Новый образ жизни привел и к демографическим изменениям. В последние тысячелетия численность человечества очень быстро росла. Если на исходе ледникового периода, около 11 тысяч лет назад, на Земле жило примерно 5 миллионов человек, то к началу новой эры – 250 миллионов человек, а к началу XIX века – миллиард человек. Неуклонно увеличивалось и число самых разных мутаций в генетическом пуле человечества.

Случайные мутации неизменно появляются в нашем геноме, и, чем больше людей живет на планете, тем больше мутаций можно насчитать. В принципе, эволюция напоминает рабочего в сборочном цеху, который, завязав себе глаза, выхватывает наугад из ящиков болты и гайки и приставляет их к остову автомобиля. Если случайно попавшая под руку деталь чем-то выгодна для этого металлического существа, для Auto auto, то сборщик намертво привинчивает ее, и ею будут оборудованы все поколения будущих машин. Если мутация бесполезна или вредна, то, рано или поздно, она, наверное, исчезнет вместе с последним вымершим ее носителем.

У каждого из нас, когда мы появляемся на свет, имеется около сотни мутаций, то есть у каждого из нас в геноме есть аллели (разновидности генов, которые корректно выполняют все те же функции, что и основная форма гена), не полученные нами ни от матери, ни от отца. Очевидно, чем больше население планеты, тем больше мутаций пополняют генетический пул Homo sapiens. Сейчас нас – более семи миллиардов человек, и разнообразие наших генов невероятно велико. Некоторые разновидности генов, имеющиеся у нас, могут быть очень полезны.

Отдельные мутации, рано или поздно, будут подхвачены эволюцией, породят характерные особенности «человека будущего». Проанализировав эти мутации, австралийский биолог-эволюционист Даррен Курно попытался угадать, какими чертами может быть наделен тот самый «гость из будущего», чьи «особые приметы» уже сейчас вписаны в наш генетический шифр.

Но, прежде всего, назовем некоторые факторы, которые могут влиять на нашу генетику, вызывая в нас мутации или «поощряя» людей, обладающих определенными генетическими мутациями. Вот они:

климатические изменения, которые сопровождаются сейчас постепенным ростом средней температуры, участившимися стихийными бедствиями, а затем, может быть, еще и приведут к нехватке питьевой воды, частым засухам, неурожаям, а значит, и голоду;

расширение области обитания насекомых, которые служат переносчиками различных возбудителей заболеваний (благодаря тем же климатическим изменениям эти насекомые продвигаются все дальше на север);

наше пристрастие к антибиотикам, которое приводит к тому, что мы осуществляем искусственный отбор, выводя новые группы бактерий, устойчивых к действию лекарств (см. «З–С», 12/13);

сильное загрязнение окружающей среды, вызванное тем, что в воду, воздух и продукты питания попало огромное количество химикатов;

наш изменившийся образ жизни: мы мало движемся, зачастую сторонимся любой физической активности, постоянно прибегаем к помощи различных машин и механизмов.

В современном мире некоторые случайные мутации могут быть особенно полезны их обладателям, которые – благодаря им – добиваются больших успехов в жизни и (хотя бы финансово) имеют возможность завести больше детей, чем другие. Если селекционное давление достаточно высоко и такая-то мутация спасительна для человека, то она может распространиться очень быстро. Это касается, например, мутаций, которые защищают нас от смертельно опасных заболеваний. «Все это – простая дарвинов­ская эволюция, – подчеркивает Даррен Курно, – ведь она не кончилась в каменном веке». Его оппоненты настроены более осторожно, считая, что эволюция может изменить человека не за несколько поколений, как полемично заявил Курно, а за несколько сотен поколений.

На гребне волны трансгуманизма

Какие же гены могли бы содействовать эволюции человека в будущем? По мнению Курно, это, допустим, те гены, что регулируют выработку так называемых «белков теплового шока», которые защищают клетки нашего организма от опасного влияния окружающей среды, прежде всего, от сильной жары, но также от воздействия вредных веществ и ультрафиолетового излучения. В перечне «эволюционных генов» также гены, что регулируют функции иммунной системы, работу потовых желез, а также влияют на различные функции нервной системы, мышечной ткани и скелета человека.

Особое внимание биологи обращают на специфический механизм регулировки наших генов, который заинтересовал исследователей сравнительно недавно. Речь идет об эпигенетике (подробнее см. «З-С», 6/15). В двух словах, дело вот в чем. Определенные химические сигналы, получаемые ДНК, влияют на активность некоторых генов. Одни гены считываются, другие, наоборот, блокируются. Это может быть вызвано влиянием внешней среды и даже некоторыми нашими культурными традициями. Уже доказано, что эпигенетические изменения могут передаваться по наследству. Так они оказываются еще одним движителем нашей эволюции.

Процесс эволюции человечества, по мнению Курно, представляет собой «сложную смесь естественного отбора, культурных влияний и эпигенетики». В какой-то степени мы сами способны влиять на эволюцию, ведь благодаря нашим культурным традициям мы создаем определенное давление на процесс естественного отбора.Биолог-эволюционист Кевин Лаланд из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия) пишет на страницах журнала «Nature Review Genetics»: «В последние тысячелетия саму эволюцию человека определяют параллельно протекающие процессы, обусловленные влиянием генов, с одной стороны, и культурных феноменов, с другой стороны».

Так куда теперь будет двигаться эволюция человека? Будет ли он и через 5000 лет выглядеть так же, как выглядели древние египтяне или шумеры? И как быть с тем, что наш генетический пул необычайно увеличился? Какие мутации, уже появившиеся в нем, могут задать новое направление эволюции?

В странах Черной Африки главными источниками селекционного давления на геном являются малярия и ВИЧ-инфекция. Если, например, в Ботсване, где бушует эпидемия СПИДа, появляется на свет ребенок с вариантом гена, который наградит его иммунитетом против ВИЧ-инфекции, то, вполне вероятно, он передаст этот ген своим детям, в то время как многие его ровесники умрут от СПИДа, так и не успев родить детей (об эпидемии СПИДа см. «З-С», 7—8/11, 11/06).

Иммунитет к ВИЧ-инфекции может придать мутация гена CCR5. Она будет препятствовать тому, чтобы вирус, минуя рецептор CCR5, незаметно проникал в клетки иммунной системы. Тот же самый путь, что и вирусы ВИЧ-инфекции, когда-то проделывали возбудители оспы и чумы – болезней, которые бушевали в Европе в Средние века. Поэтому среди европейцев чаще встречаются мутации этого гена, делающие их нечувствительными к возбудителю СПИДа. Коренные африканцы в далеком прошлом редко имели дело с такими болезнями, как оспа и чума. Потому и мутации упомянутого гена у них редки. Но со временем из-за того, что десятки миллионов жителей Черной Африки могут погибнуть от СПИДа, там увеличится доля людей с мутацией гена CCR5, защищающей их от «чумы XXI века». Но надо иметь в виду: даже если селекционное давление будет очень высоким, сменятся сотни поколений, прежде чем почти все коренное население Африки будет состоять из людей, которым не страшен СПИД, – людей, которые из-за генетической мутации будут не способны заразиться ВИЧ-инфекцией. Эволюция ведет нас по истории очень неторопливо, но ведет в верном, нужном нам направлении. А можем ли мы ей помочь?

Представители такого течения, как трансгуманизм, мечтают о том, как интеллект человека будет загружен в компьютер, оснастит его «супермозгом». Один из лидеров этого течения, шведский философ Ник Бостром, заявляет: «Мы можем заменить естественную эволюцию человека целенаправленной эволюцией».За этим призывом скрывается вольно или невольно убежденность в том, что эволюция оказалась плохим инженером. Люди сами должны исправить все ее промахи, создать себе идеальное тело, используя достижения генетической терапии.

Человек и впрямь – это первый биологический вид, который научился вмешиваться в собственный геном. Нет никакого сомнения в том, что со временем он станет управлять своей эволюцией, переделывать геном на свое усмотрение. И заставит других переделывать его…

У многих уже сейчас это вызывает возражения. Биоэтик Джованни Майо из Фрайбургского университета пишет: «Манипуляции над геномом означают, что один человек принимается управлять другим человеком и навязывать ему свое представление о некой хорошей жизни. В естественную эволюцию, наоборот, не привносится ничье идеологически отягощенное представление о хорошей жизни».

В любом случае, все новые и новые генетические изменения ожидают людей и в будущем. Мы обречены меняться, обретать новые характерные черты. С этим согласны большинство биологов. Каждый мог бы повторить вслед за Дарреном Курно: «Я очень сомневаюсь в том, что человек когда-нибудь сумеет полностью отрешиться от основных законов эволюции».

 

От молока до малярии

Вот еще несколько любопытных примеров эволюционных изменений.

Когда около 6000 лет назад жители Европы стали разводить ради мяса крупный рогатый скот, вскоре они начали пить молоко, а затем и производить из него различные пищевые продукты.

До этого человеческий организм не мог усваивать молоко. Ведь выработка фермента лактазы, гидролизующего молочный сахар (лактозу), прекращалась у первобытных людей еще в детстве. Случайное генетическое изменение привело к появлению таких людей, у которых лактаза вырабатывалась в организме всю жизнь, а значит, они могли пить молоко. Эта генетическая особенность была очень выгодна, давала людям значительно больше шансов на выживание, ведь теперь – с молоком и творогом, сыром и сметаной – они питались лучше, чем другие.

Так что, эта полезная мутация буквально «стремилась» появиться в геноме человека. Ученые доказали, например, что среди племен, которые населяли Северную и Восточную Африку и около 10 тысяч лет назад приручили коз, она появлялась несколько раз, независимо друг от друга, в различных областях Африки.

Очевидно, такая мутация встречалась и раньше, но, поскольку люди еще не занимались животноводством, то особой пользы от нее не было и она не «закреплялась» в геноме. Теперь же, после «неолитической революции», она стала, по словам генетика Джонатана Причарда из Стэнфордского университета, типичным «адаптивным ответом на новую практику жизнедеятельности».

У древних представителей Homo sapiens, покинувших Африку и расселившихся в Евразии, распространился вариант гена, который изменил цвет их кожи. Она стала светлой. Это генетическое изменение оказалось очень полезным, ведь подобная кожа лучше помогала поглощать ультрафиолетовые лучи, да и выработка витамина D увеличилась. Любопытно, что эта генетическая мутация появлялась у первобытных людей дважды: один раз в популяции, которая, переселившись на Ближний Восток, направилась оттуда в Европу, и во второй раз – у тех, кто перекочевал в Восточную Азию.

Еще один пример – серповидноклеточная анемия, заболевание крови, вызванное мутацией одного из генов. Мутация эта полезна тем, что защищает от малярии. Она распространена, прежде всего, в Западной Африке, где малярия свирепствует. Ее носителями являются, главным образом, представители народностей, культивирующих такое съедобное растение, как ямс. В водоемах, используемых ими для орошения полей, обитает множество москитов, а потому высока вероятность, что люди заболеют малярией. Обладатели упомянутой мутации от этой болезни были защищены. Таким образом, культурная традиция – возделывание ямса, – распространившаяся в этом регионе, повлияла на эволюцию местных народностей, способствовала закреплению в их геноме особой мутации.

 

Купить на Литрес

ЗС 02/2017

Номера журнала

 

Читать номера on-line

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source